Lorsque l'on veut parler de la matière et de son comportement dans le monde de l'infiniment petit, celui des particules, on aborde la théorie quantique des champs.
La théorie quantique des champs permet de comprendre la physique des particules où dans certaines situations, le nombre de particules entrantes dans une portion d'espace, fluctue et diffère du nombre sortant.
Le nombre de particules change lorsque, par exemple, 1 atome dans un état initial donne 1 atome plus 1 photon dans un état final. Autrement dit, un photon est sorti soudainement du vide et est apparu dans le champ électromagnétique.
La théorie quantique nous dit que dans le monde réel, tout est « champ ».
Nous baignons entièrement, jusqu'au plus profond de nous-même, dans des champs, multiples, diverses, aux caractéristiques étonnantes.
Le champ  est un concept fondamental en physique, il n'est constitué de rien d'autre, c'est lui-même qui constitue le monde réel, les champs portent l'énergie de tout ce qui existe dans l'univers, des atomes aux grandes structures galactiques.
Le magnétisme, la gravitation, la force nucléaire, la lumière et bien d'autres phénomènes physiques sont portés par des champs.
Le plus surprenant, c'est que la matière elle-même, celle dont nous sommes fait, est constituée d'un ensemble de champs, les électrons et les protons, sont eux-mêmes des champs, ainsi nous sommes constitués de champs échappant à l'intuition. En d'autres termes, nous sommes fait d'un agrégat de fantomatiques particules quantiques baignant dans des champs qui portent l'énergie des particules dans tout l'espace disponible autour d'elles.

Avec la notion de champ, la vision de la nature des choses est bouleversante, la réalité devient étrange et échappe à nos 5 sens. La réalité ne s'explique pas simplement par la présence de matière, mais aussi par les échanges et les interactions entre les objets réels, et les objets virtuels des champs quantiques de basse énergie.
Dans le monde quantique toutes les particules du modèle standard, les fermions et les bosons, émergent de vibrations dans un champ. C'est d'ailleurs le concept de base du fonctionnement des accélérateurs de particules comme le Grand collisionneur de hadrons, le LHC.
Lorsque les scientifiques veulent voir une particule, ils provoquent des collisions dont l'énergie correspond à la particule en question.
Les quarks et les électrons constituent la matière ordinaire, or la matière au-dessus du zéro absolu (−273,15 °C), émet de la radiation, c'est à dire de la lumière qui se déplace dans un champ.
Chaque type de fermion et chaque type de boson a son propre champ, les particules sont considérées comme des états excités de ces champs. La dualité onde-corpuscule de la lumière, a été étendue aux électrons en 1929, par le mathématicien et physicien français Louis de Broglie (1892 − 1987), puis à toutes les particules.
Cependant, notre esprit a besoin d'image de notre monde, pour nourrir son intuition et se représenter les concepts, mais conceptualiser la quantique et l'ensemble des champs quantiques dans lesquelles nous existons n'est pas facile. Tout est « champ » or les champs quantiques qui sont des systèmes dynamiques bouillonnants et chargés, sont tous des sous-ensembles du champ gravitationnel ou du champ électromagnétique, les deux seuls champs fondamentaux de la nature.

En physique, un champ c'est trois choses liées, dans un système à grand nombre d'objets.

La première c'est une portion d'espace délimité, la seconde c'est une grandeur physique mesurable, et la troisième c'est une relation qui lie la portion d'espace à la grandeur physique.
En d'autres termes, un champ est rempli de grandeurs physiques, d'objets mesurables, quantifiables à l'aide d'un instrument, où chaque point de la portion d'espace est lié à la grandeur physique par une correspondance, ou une fonction.
Par exemple la pression atmosphérique, la température de l'air, la vitesse du vent mais aussi  la pluie, le magnétisme, la gravité, la radioactivité, peuvent être représentés par des champs.
Les champs sont scalaires ou vectoriels.
Un champ scalaire est mesurable par une simple grandeur par exemple, la température ou la masse définies par une grandeur physique mesurable entièrement, par une seule valeur.
Un champ vectoriel est associé à une grandeur vectorielle, c'est à dire une grandeur dont une seule valeur n'est pas suffisante, il faut en plus une orientation c'est à dire une direction et un sens comme dans un champ de vitesse du vent.
Comment représenter un champ ?
Pour un champ scalaire il suffit de représenter les espaces où la valeur est identique, comme dans un champ de températures ou de pressions .
Pour un champ vectoriel il suffit de représenter les lignes de champ où chaque point est un vecteur champ tangent, comme dans le champ de la direction des vents ou dans un champ magnétique .
L'énergie du champ s'estompe dans l'espace, c'est la raison pour laquelle en dehors du champ électromagnétique généré par une station de radiodiffusion, on ne capte plus du tout ses émissions et lorsqu'on interrompt brutalement un champ électromagnétique, il se produit une étincelle, cela montre que le champ contient bien une énergie.
Et le champ quantique ?
En physique quantique, on n'utilise pas la notion de corpuscule puisque les particules quantiques ne sont pas des corpuscules mais des grandeurs mathématiques représentées par des vecteurs d'état dans l'espace de Hilbert. Ce concept échappe à l'intuition. Comme la vision est le sens le plus performant de nos sens, il est naturel de chercher des images qui facilitent la compréhension du champ quantique.

Le champ quantique rempli tout l'espace, c'est un champ vectoriel de particules subatomiques, dont la grandeur est quantifiée (prise dans un ensemble fini de valeurs) et la relation est une fonction d'onde (vecteur d'état), ce qui permet de connaitre toute l'information du système et donne à toute particule les propriétés d'interférence typiques d'une onde.
Dans le monde quantique toutes les particules à l'état fondamental (non excité) sont des ondes.
Si nous regardons un champ de hadrons de très très près, nous voyons des particules virtuelles, des partons (gluons et quarks) qui s'agitent, apparaissant et disparaissant dans l'espace vide.
Si nous regardons un champ porté par la force nucléaire faible, nous voyons des bosons W et Z.
Si nous regardons un champ électromagnétique nous voyons des photons, et si nous pouvions regarder un champ gravitationnel nous verrions des gravitons, mais la gravité est une force très faible, et les rares gravitons sont difficiles à voir.
Ainsi, les particules virtuelles et réelles de matière baignent dans ces champs bouillonnants, transférant de temps en temps leur énergie. C'est ce que les scientifiques provoquent dans un collisionneur. Dans un collisionneur, lorsqu'un électron et un positron se rencontrent, ils s'annihilent et transfèrent leur énergie au fourmillement du vide, cette énergie crée de vraies particules matérielles qui sortent du vide et apparaissent quelques "instants" sur les écrans d'ordinateurs.
Un champ est donc un système bouillonnant, une ondulation, une vibration, une oscillation, une vague qui possède une longueur d'onde et donc une fréquence, et grâce à la formule géniale e=hν  de Max Planck (1858 − 1947), un champ a aussi une énergie (e est l'énergie de quelque chose qui bouge, h est la constante de Planck et ν, la lettre grecque nu, la fréquence). Ce couple de valeurs, énergie et fréquence, caractérise le champ en chaque point de l'espace. Chaque point de l'espace permet l'émergence ou l'annihilation de particules.