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20世紀人類認識自然的重要成就之一是建立了粒子物理標準模型。它認為自然界的基本費米子包括輕子與夸克，而規範玻色子傳遞著它們之間的相互作用。描述夸克之間強相互作用的基本理論為量子色動力學(QCD)，它在高能標（高溫或高密度）極限下相互作用趨於消失，但在低能標情形夸克之間存在很強的耦合。高能微擾QCD非常成功，實驗與理論很好地吻合；但QCD的低能非微擾行為卻比較複雜，認識相對不足。事實上，當今高能物理領域極具挑戰性的課題之一就是研究QCD的非微擾效應。
夸克物質以夸克和膠子為基本自由度。如果忽略夸克之間的相互作用，低溫夸克物質可以處理為費米氣。但自20世紀70年代起，人們開始注意到，因夸克之間存在吸引作用，夸克物質的費米面很可能是不穩定的。類似於低溫金屬中電子的超導態，夸克物質也可能處於色超導狀態。20世紀90年代關於色超導的討論逐漸展開，提出三味色味鎖相、兩味色超導相等不同的色超導態。
然而基於天體物理研究，也出現了「冷夸克物質處於固態相」的看法：夸克可能因其間強的相互作用而在位形空間凝聚成團。當溫度足夠低以致熱動能遠低於夸克團之間的作用能時，夸克物質呈現固態。因這種固體類似於人們日常生活中的固體，故稱為普通固體。如果假設色超導能隙存在空間調製而破壞空間平移對稱性，也有計算表明色超導物質也可以具有剛性。這樣的超流態也可以看作為一種固體，稱為超固體。
除了微觀領域的成就外，包括恆星在內的天體物理研究也加深了人們對於宇觀現象的認識。對作為宇宙重要層次之一恆星的研究在天體物理學中佔有關鍵地位。一般認為恆星在分子雲中因引力不穩定作用而誕生，中心點燃核聚變反應而成為主序恆星後享受其相對漫長的一生。不同初始質量的恆星選擇不同的死亡方式：質量較小的恆星最終成為白矮星，而質量較大的恆星會通過超新星爆發結束主序階段的演化，形成殘骸中子星或黑洞。
中子星的平均密度超過原子核的密度。儘管中子星觀測研究進展顯著，但觀測表現對物態依賴性並非敏感，且因幾倍於原子核密度物質的狀態本質上屬於非微擾QCD問題，故至今關於中子星內部結構或物態一直沒有定論。這導致中子星物態問題被粒子物理學家和天體物理學家所共同關注：前者寄望利用中子星這一得天獨厚的天體實驗室認識QCD的非微擾行為，而後者認為此問題與包括超新星在內的大質量恆星晚期演化、中子星相關若干天體物理過程等緊密聯繫。
依賴物態的差異，中子星又分為常規中子星和夸克星兩類。前者以核物質為主構成，後者主要組分為夸克物質。因這兩類中子星結構存在明顯區別，觀測上分辨常規中子星或夸克星就顯得尤為重要、意義深遠。很遺憾，由於觀測和理論上的困難，這一目標至今還沒有實現。儘管尚未徹底肯定或否定夸克星的存在，但目前確實顯現出一些夸克星的可能證據：例如，中子星質量和半徑的限制、脈衝星射電輻射子脈衝的漂移現象，還有最近中子星碰撞的引力波研究。