La interpretación de los quarks como entidades físicas reales planteó inicialmente dos problemas importantes. Primero, los quarks tenían que tener un valor de 1/2 de giro (momento angular intrínseco) para que el modelo funcione, pero al mismo tiempo parecían violar el Principio de exclusión de Pauli, que gobierna el comportamiento de todas las partículas (llamadas fermiones) que tienen espín 1/2 impar. En muchas de las configuraciones de bariones construidas a partir de quarks, a veces dos o incluso tres quarks idénticos tenían que establecerse en el mismo estado cuántico, una disposición prohibida por el principio de exclusión. En segundo lugar, los quarks parecían desafiar ser liberados de las partículas que formaban. Aunque las fuerzas que ataban a los quarks eran fuertes, parecía improbable que fueran lo suficientemente poderosos como para resistir el bombardeo de los haces de partículas de alta energía de los aceleradores.
Estos problemas se resolvieron con la introducción del concepto de color, tal como se formula la encromodinámica cuántica (QCD). En esta teoría de las interacciones fuertes, cuyas ideas revolucionarias se publicaron en 1973, el color no tiene nada que ver con los colores del mundo cotidiano, sino que representa una propiedad de los quarks que es la fuente de la fuerza fuerte. Los colores rojo, verde y el azul se atribuye a los quarks y sus opuestos, antirojo, antiverde, y antiazul, se atribuyen a los antiquarks. Según QCD, todas las combinaciones de quarks deben contener mezclas de estos colores imaginarios que se anulan entre sí, sin que la partícula resultante tenga color neto. Un barión, por ejemplo, siempre consta de una combinación de un quark rojo, uno verde y un quark azul, por lo que nunca viola el principio de exclusión. La propiedad del color en la fuerza fuerte juega un papel análogo al de la carga eléctrica en la fuerza electromagnética, y así como la carga implica el intercambio de fotones entre partículas cargadas, el color implica el intercambio de partículas sin masa llamadas gluones entre quarks. Así como los fotones transportan fuerza electromagnética, los gluones transmiten las fuerzas que unen a los quarks. Los quarks cambian de color a medida que emiten y absorben gluones, y el intercambio de gluones mantiene la distribución adecuada del color de los quarks.
