標準模型雖取得了很大的成功，但不少科學家認為它很可能不是粒子物理學最基本的理論，多年來科學家們一直在努力建立一種超越標準模型的新理論。
1973年，美國科學家帕提（Jogesh Pati，1937- ）（右圖）和薩拉姆提出了統一描述夸克和輕子的帕提-薩拉姆模型，預言了質子的衰變。
1974年，美國科學家喬治（Howard Georgi，1947- ）（左圖）和格拉肖提出了把強、弱、電三種相互作用統一在一起的SU（5）大統一理論。該理論認為：質子是不穩定的，估算出的質子壽命約為1028-2.5×1031年。大統一理論還作出預言：它可以自動得出電荷量子化，即所有電荷應是e/3的整數倍的結論 。大一統理論與標準模型不同，它預測質子衰變的存在。科學家們推測，一旦證實質子真的會衰變，大約1035年以後，宇宙將成為稀薄的電子正電子等離子體。
大統一理論引起了觀念上的突破。
1974年，美籍澳大利亞科學家奎恩（Helen Quinn，1943- ）（右圖）與喬治和溫伯格計算出實現強相互作用和弱電相互作用之間團聚所需的能量。從此，各種類型的大統一模型如雨後春筍湧現出來。
測定質子的壽命成為大統一理論能否成立的關鍵。由於質子壽命很長，估計為1031年左右，即一年期間在1031個質子中才會有一個質子蛻變。為了消除宇宙射線的幹擾，整個實驗要在地底深處進行。1983年前後，美國、印度、日本等國的科學家做了一些探測質子衰變的實驗。
美國IBM公司的一個協作組在俄亥俄（Ohio）州克裡弗蘭市以東600多米的一個鹽礦中進行實驗。探測裝置的中部是17×18×23立方米的純水，矩形體的六面布置了2048隻光電倍增管，每隻直徑為12.5釐米，想以此來探測正電子和兩個高能光子通過純水時產生的契侖柯夫輻射。經過204天的連續觀察未測到一個質子衰變事例。據此推算，質子的壽命一定大於1.7×1032年，從而否定了SU（5）大統一理論。
一個由印度和日本科學家組成的實驗小組，在地下3000米的柯拉金礦的廢礦井中進行的實驗卻傳出佳音。兩年內共發現6個質衰變的事例，其中3個認為是比較可靠的。據此推算，質子的平均壽命約為7×1030年，與大統一理論相符。但這一實驗結果比較粗糙，沒有得到公認。質子是否衰變尚在探索之中 。
1999年，日本超級神岡的實驗並未能深測到質子衰變，還有一些實驗也對大統一理論做出了不利的結論。這至少說明大統一理論要走相當長的路才能成為一個有效的理論。
為了克服大統一模型的缺點，科學家們對於是否存在著更大的對稱性更加關注。1973年時有人提出來一個巧妙的數學結構，稱為超對稱（super-symmetry）理論（左圖）。按照這一理論，費米子和玻色子都填入同一線性表示中，通過規範作用可以互相轉化。為了達到這一目的，理論不得不在已知的微觀粒子基礎上引入大量配偶粒子。超對稱理論形式十分美妙，可惜這些配偶粒子至今都沒有找到。
為了把引力也統一進來，把引力作用也理解為一種規範作用，1976年有人提出新的對稱概念，稱為超引力（super-gravity）理論，它與超對稱並不一樣，可是有密切關係。
1984年又有人提出了超弦（super-string）理論（右圖）。超弦理論認為微觀粒子不是一個點，而是一條弦，並在弦的基礎上形成一套量子化方法，但由於數學上的困難，一些基本參數暫時還算不出來。弦理論預言宇宙除了三維空間外，還存在著額外維空間。
20世紀90年代，有人在10維空間弦理論的基礎上提出了11維空間的膜（M）理論。膜理論認為人們直接觀測所及的好似無邊的宇宙是十維時空中的一個四維超曲面，就象薄薄的一層膜。膜理論使一些原本難以計算的東西可以用弦論工具來做嚴格的計算了。
大統一理論還有許多問題有待於探索和研究。雖然大統一理論還未獲得成功，但是尋找四種相互作用統一的研究工作不會中斷，科學家們仍在努力之中。
（粒子物理及其發展軌跡：http://www.ihep.cas.cn/kxcb/kpcg/gnwl/gnwl_lzwl/200909/t20090914_2481775.html）