既然參與強相互作用的強子是由夸克組成的，那麼不參與強相互作用的輕子是由什麼組成的呢？電子是第一個被發現的輕子（1897年），隨著研究的深入，科學家們陸續發現了其它輕子。
1931年，泡利為了解釋β衰變（原子核自發地放出β粒子（電子）使質子和中子相互轉變）中的能量和動量失蹤的現象，根據守恆定律預言：應該存在著一種還不知道的極其微小的中性粒子帶走了β衰變中那一部分能量和動量，當時泡利將這種粒子命名為“中子”。
1932年真正的中子被發現後，美籍意大利科學家費米（Enrica Fermi，1901-1954）將泡利的“中子”正名為“中微子”（Neutrino）。
1933年，費米提出的β衰變定量理論指出：β衰變就是核內一箇中子通過弱相互作用衰變成一個電子、一個質子和一個 反中微子。中微子只參與弱作用，具有最強的穿透力。由於中微子與物質間的相互作用極其微弱，中微子的檢測非常困難。
1936年，安德森在宇宙線中發現的比電子約重207倍的粒子，當時誤認為是介子，後來發現這種粒子其實並不參與強相互作用是一種輕子，稱為μ子。
1942年，中國科學家王淦昌提出了一種利用軌道電子俘獲檢測中微子的可行方案（K俘獲法）。
1952年，美國科學家戴維斯（Raymond Davis Jr.，1914- ）應用王淦昌提出的K俘獲法，間接觀測到了中微子的存在。
1956年，美國科學家萊因斯（Frederick Reines，1918-1998）和考恩（Clyde Lorrain Cowan，1919-1974）用核反應堆發出的反中微子與質子碰撞，第一次直接證實了中微子的存在。
1962年，美國科學家萊德曼、舒瓦茨（Melvin Schwartz，1932- ）和斯坦伯格（Jack Steinberger, 1921- ）在美國布魯克海文國家實驗室的加速器上用質子束打擊鈹靶的實驗中發現中微子有“味道”的屬性，證實與μ子相伴的μ子中微子nμ和與電子相伴的電子中微子ne是不同的中微子 （第三、四種輕子）。一年以後，布魯克海 文的結果又在歐洲核子中心和費米實驗室被更高的統計結果所證實。
1975年，美國科學家佩爾（Martin L.Perl,1927- )等人在美國SLAC實驗室的SPEAR正負電子對撞機上發現了一個比質子重兩倍，比電子重3500倍的新粒子，其特性類似於電子和μ子。經過反覆檢驗，證明是在電子和μ子之外的又一種輕子 （第五種輕子），以希臘字母τ 表示（取自Triton（氚核）的第一個字母）。因為τ 輕子比第一個被發現的輕子——電子重很多，也稱它為重輕子。同時有實驗跡象表明，存在與重輕子τ 相伴的中微子nτ，相應地存在τ 輕子數守恆。重輕子及其相伴的中微子的發現，輕子由4種增加到6種。因為中微子是輕子的“前輩”，τ 輕子的發現理論上意味著τ中微子的存在。但由於τ 中微子幾乎沒有質量，又不帶電，且幾乎不與周圍物質相互作用，一直難尋蹤跡。
1982年，美國費米實驗室科學家用實驗支持了τ 子中微子存在的假設。
1989年，歐洲核子研究中心科學家證實τ 子中微子應是最後一類中微子，但沒有找到直接的證據。
1994年，美國加利福尼亞大學的維多里奧·保羅內和費米實驗室的拜倫·倫德博格提出了“τ 子中微子直接觀測器”的構想，1996年，直接觀測器在費米國家實驗室建造完成。從1997年起，54位來自美國、日本、希臘和韓國的科學家在費米實驗室合作探測τ 中微子。他們用粒子加速器製造一股可能含有τ 中微子的中微子束，然後讓中微子束穿過“τ 中微子直接觀測器”內一個約1米長的鐵板靶。這一鐵板靶被兩層感光乳劑夾著，感光乳劑類似於膠捲，能夠“記錄”粒子與鐵原子核的相互作用。
科學家們用3年時間從靶上的600多萬個粒子軌跡中鑑定出了4個表徵τ輕子存在和衰變的痕跡，這也是表明τ 中微子存在的關鍵線索。τ 輕子的痕跡被科學家拍攝下來，並在計算機中形成三維圖像，其主要特徵就是其軌跡裡有個結，這是τ 輕子在形成後迅速衰變的表現。據估算，幾十萬億個τ 中微子中只有1個與靶中的鐵原子核相互作用並生成一個τ 輕子。由此，科學家第一次找到了τ 中微子（第六種輕子）存在的直接證據。2000年7月21日，費米國家實驗室宣佈了這一重大成果。
迄今的實驗尚未發現輕子有內部結構。人們認為輕子是與夸克屬於同一層次的粒子。
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