Il nucleo di fisica moderna del QdR riguarda la struttura della materia e i limiti della descrizione classica dei fenomeni fisici. Le conoscenze del livello base includono i costituenti atomici e nucleari con le loro interazioni, i decadimenti radioattivi, il fotone come quanto non divisibile della radiazione elettromagnetica e i postulati della relatività ristretta. Le abilità di livello base includono il dualismo onda-particella della radiazione e delle particelle subatomiche. Il livello avanzato include conoscenze e abilità come la trattazione quantitativa di alcuni semplici fenomeni relativistici e il principio di indeterminazione con le sue conseguenze in casi semplici.