Krása symetrie SU(3) však nevysvětluje, proč platí. Gell-Mann a další americký fyzik George Zweig v roce 1964 nezávisle na sobě rozhodli, že odpověď na tuto otázku spočívá ve fundamentální povaze hadronů. Nejzákladnější podskupina SU(3) obsahuje pouze tři objekty, z nichž lze sestavit oktety a dekuplety. Oba teoretici vyslovili odvážnou domněnku, že tehdy pozorované hadrony nejsou jednoduché struktury, ale že jsou postaveny ze tří základních částic. Gell-Mann tyto částice nazval kvarky – název, který se používá dodnes.
V době, kdy Gell-Mann a Zweig předložili své myšlenky, se seznam známých subatomárních částic rozrostl ze tří z roku 1932 – elektronu, protonu a neutronu – na většinu stabilních hadronů a rostoucí počet krátce žijících rezonancí, stejně jako mion a dva typy neutrin. Skutečnost, že zdánlivě stále rostoucí počet hadronů lze pochopit pomocí pouhých tří základních stavebních kamenů, byla vskutku pozoruhodná. Aby to však bylo možné, musely mít tyto stavební kameny – kvarky – některé neobvyklé vlastnosti.
Tyto vlastnosti byly tak zvláštní, že po řadu let nebylo jasné, zda kvarky skutečně existují, nebo jsou jen užitečnou matematickou fikcí. Například kvarky musí mít náboj +2/3e nebo -1/3e, což by mělo být velmi snadno zjistitelné v určitých typech detektorů; ale intenzivní hledání, jak v kosmickém záření, tak pomocí urychlovačů částic, nikdy neodhalilo žádný přesvědčivý důkaz pro zlomkový náboj tohoto druhu. V polovině sedmdesátých let 20. století, deset let poté, co byly kvarky poprvé navrženy, však vědci shromáždili množství důkazů, které ukazovaly, že kvarky sice existují, ale jsou uzamčeny uvnitř jednotlivých hadronů takovým způsobem, že nikdy nemohou uniknout jako jednotlivé entity.
Tyto důkazy vyplynuly z experimentů, při nichž byly svazky elektronů, mionů nebo neutrin vystřelovány na protony a neutrony v takových cílových materiálech, jako je vodík (pouze protony), deuterium, uhlík a hliník. Všechny použité dopadající částice byly leptony, částice, které necítí silnou vazebnou sílu a o nichž se již tehdy vědělo, že jsou mnohem menší než zkoumaná jádra. Rozptyl částic svazku způsobený interakcemi uvnitř terče jasně ukázal, že protony a neutrony jsou složité struktury, které obsahují bezstrukturní bodové objekty, jež byly pojmenovány partony, protože jsou částmi větších částic. Experimenty také ukázaly, že partony skutečně mohou mít zlomkové náboje +2/3e nebo -1/3e, a potvrdily tak jednu z nejpřekvapivějších předpovědí kvarkového modelu.
Gell-Mann a Zweig potřebovali ke konstrukci částic známých v roce 1964 pouze tři kvarky. Tyto kvarky jsou známé jako up (u), down (d) a strange (s). Od té doby experimenty odhalily řadu těžkých hadronů – mezonů i baryonů -, které ukazují, že existuje více než tři kvarky. Symetrie SU(3) je totiž součástí větší matematické symetrie, která zahrnuje kvarky několika „příchutí“ – termín používaný pro rozlišení různých kvarků. Kromě kvarků up, down a strange existují kvarky známé jako charm (c), bottom (neboli krása, b) a top (neboli pravda, t). Všechny tyto kvarkové příchutě se při reakcích, které probíhají prostřednictvím silné síly, zachovávají; jinými slovy, charm musí vznikat ve spojení s anticharm, bottom s antibottom atd. Z toho vyplývá, že kvarky mohou přecházet z jedné příchuti na druhou pouze prostřednictvím slabé síly, která je zodpovědná za rozpad částic.
Kvarky nahoru a dolů se vyznačují především rozdílným elektrickým nábojem, zatímco těžší kvarky nesou každý jedinečné kvantové číslo související s jejich příchutí. Podivný kvark má podivnost, S = -1, charm kvark má charm, C = +1, a tak dále. Tři podivné kvarky dohromady tedy dávají částici s elektrickým nábojem -e a podivností -3, přesně jak je požadováno pro částici omega-minus (Ω-); a neutrální podivná částice známá jako částice lambda (Λ) obsahuje uds, což dává správný celkový náboj 0 a podivnost -1. Při použití tohoto systému lze na lambdu pohlížet jako na neutron s jedním down kvarkem změněným na podivný kvark; náboj a spin zůstávají stejné, ale díky podivnému kvarku je lambda těžší než neutron. Kvarkový model tedy odhaluje, že příroda není při tvorbě částic libovolná, ale v jistém smyslu se opakuje v masivnějším měřítku.