主要原理
對撞機(collider）用高能粒子轟擊靜止靶（粒子）時，隻有質心系中的能量才是粒子相互作用的有效能量，它隻占實驗室系中粒子總能量的一部分。如果射到靶上的粒子能量為E，則對靶中同種粒子作用的質心系能量約為 (E為粒子的靜止能量）。可見，随着Eo的增高，用于相互作用的那部分能量所占的比例将越來越小，即被加速粒子能量的利用效率越來越低，但是，如果是兩個能量為E的相向運動的同種高能粒子束對撞，則質心系能量約為2E，即粒子全部能量均可用來進行相互作用。
可見，為了得到相同的質心系能量，所需的加速器能量将比對撞機大得多。如果對撞機能量為E，則相應的加速器能量應為2E2/E。例如，能量為2×300GeV的質子、質子對撞機，同一台能量o為180000GeV的質子加速器相當，建造這樣高能量的加速器。在目前的技術水平及經濟條件仍然是不可及的。但建造上述能量或更高一些能量的對撞機是完全可行的，這就是近20年來對撞機得到廣泛發展的原因之一。
對撞機的主要指标除能量外還有亮度。所謂對撞機的亮度是指該對撞機中所發生的相互作用反應率除以該相互作用的反應截面。顯然亮度越高對撞機的性能就越好，1986年時對撞機達到的亮度約在1029～1032cm-2·s-1。
基本類别
電子－正電子對撞機
又稱正負電子對撞機，由于正負電子的電荷相反，所以這種對撞機隻要建立一個環就可以了。相應的造價就比較低，目前世界上已建成的對撞機大部分是屬于這一類的。
但是，由于電子回旋時引起的同步輻射損失，使這種對撞機能量的進一步提高發生了困難，因為同步輻射功率與電子的能量二次方成正比，且與回旋半徑的平方成反比，為了減少輻射損失，一般高能量的電子對撞機均采用大半徑方案，即采用隻有幾千高斯的低磁場來控制電子的運動，即使如此，目前電子對撞機的最高能量仍然受到很大的限制。
例如，10GeV的電子在曲率半徑為100m的對撞機中運動時，每圈的輻射損失約為10MeV，如果對撞機中的回旋電流為1A，要補償這束電子流的輻射損失，就需要平均功率為10MW的高頻功率。假如正電子流也為1A，則總的平均功率為20MW，由此可見，對撞機中高加速頻系統的功率絕大部分是用來補償這一同步輻射損失的。
輻射特性雖然給電子能量的進一步提高帶來了困難，但也有一定的好處，這是因為電子
或正電子注入對撞機後，由于電子的輻射損失，使電子截面受到強烈的壓縮，電子很快集中到一個很小的區域中，其餘的空間可以用來容納再一次注入的電子，這樣使積累過程簡化，而且允許采用較低能量的注入器，通常采用直線加速器，也有采用電子同步加速器的。
這種對撞機中所需的正電子是由能量為幾十兆電子伏以上的電子打靶後産生的，為了得到盡可能強的正電子束，往往需要建造一台低能量的強流電子直線加速器。另外産生出來的正電子束尚需再度注入到注入器中，與電子一起加速到必要的能量，再注入到對撞機中去。由于正電子束的強度隻及電子束的千分之一到萬分之一，所以需要幾分甚至幾十分鐘的積累，才能達到足夠的強度。
質子－質子對撞機
這種對撞機需要建造兩個環，分别儲存兩束相反方向回旋的質子束，才能實行質子與質子的對撞。由于質子作回旋運動時，其同步輻射要比電子小得多，在目前質子達到的能量範圍内，可以略去不計，因此為縮小這類對撞機的規模，盡量采用強磁場，這就需要采用超導磁體。
另外，質子束的積累也不如電子對撞機那樣方便，它必須依靠動量空間的積累來實現。為此，必須首先在高能同步加速器中，将質子加速到高能（一般為幾十吉電子伏），依靠絕熱壓縮，将質子束的動量散度壓縮上百倍，再注入到對撞機中去進行積累，質子對撞機中的高頻加速系統主要是用來進行動量空間的積累及積累完畢後的進一步加速，因此所需要的高頻功率也比電子對撞機小得多。由于上述原因，質子－質子對撞機的規模要比電子－正電子對撞機大，投資也較高。
質子－反質子對撞機
質子與反質子的質量相同，電荷相反，也隻需要造一個環就能進行對撞。這種對撞機發展得較晚，主要原因在于由高能質子束打靶産生的反質子束強度既弱，性能又差，無法積累到足夠的強度與質子對撞。70年代後期，“冷卻”技術的成功，給予這種對撞機巨大的生命力（見加速器技術和原理的發展）。
由于冷卻技術的成功，使得現有的高能質子同步加速器，隻要它的磁鐵性能及真空度夠好的話，均有可能可以改成質子－反質子對撞機。今後再建的超高能質子同步加速器，均考慮了同時進行質子－反質子對撞的可能，由此可見，這一技術成功的意義是何等重要。
實現質子－反質子對撞雖然比質子－質子對撞能節省一個大環，但也有一定的弱點，主要是由于盡管經過冷卻及積累，反質子的強度仍然比質子的低得多，這樣使得質子－反質子對撞機的亮度比質子－質子對撞機低得多，前者最大為1029～1030cm-2·s-1，後者則為1032cm-2·s-1。
電子－質子對撞機
這種對撞機的主要困難在于電子束的橫截面很小，線度約為幾分之一毫米，而質子的橫截面較大，線度約為一厘米左右。前者束流較密集，後者較疏松，兩者相撞時作用幾率很小，目前正在研究中，實現這種對撞需建立兩個環，一個是低磁場的常規磁鐵環，以儲存及加速電子；另一個是高場的超導磁體環，以儲存并加速質子，兩個環的半徑相同并放在同一隧道中，所以電子的能量通常是幾十吉電子伏，質子的能量為幾百吉電子伏。随着加速器技術的提高，為了節約投資，新建的巨型加速器，往往在一個隧道中建造三個環，以便可能進行多種粒子對撞，例如質子質子、質子－反質子，電子－正電子、質子－電子對撞。
電子直線對撞機
為避免電子作回旋運動時同步輻射損失引起的困難，早在1965年已有人指出，在電子能量高于上百吉電子伏時，應采用直線型來進行對撞，就是說，應采用兩台電子直線加速器加速兩股運動方向相反的電子束（或正負電子束）待達到預定能量後，兩股電子束被引出并在某點相碰。碰撞一次後的電子束即被遺棄，不再重複利用。
當然，隻有當這些被遺棄的電子束單位時間所帶走的能量小于環形對撞機中同步輻射的損失功率，這種方案才會被考慮。另外，由于電子直線加速功率的限制，每秒能提供的電子束脈沖數是有限的，所以單位時間内發生的碰撞次數也比環形對撞機少得多，為了保證直線對撞機與環形對撞機有相同的亮度，要求在碰撞點的橫截面進一步壓縮，約比環形對撞機中的碰撞截面小幾十到幾百倍，十多年來技術上的進展，使這種對撞機受到重視，有關的各種問題正在解決中。
大型強子對撞機
大型強子對撞機(Large Hadron Collider，LHC）是一座位于瑞士日内瓦近郊歐洲核子研究組織CERN的粒子加速器與對撞機，作為國際高能物理學研究之用。（全球定位點：北緯46度14分00秒，東經6度03分00秒46.233333333333;6.05)LHC已經建造完成，北京時間2008年9月10日下午15：30正式開始運作，成為世界上最大的粒子加速器設施。LHC是一個國際合作的計劃，由34國超過兩千位物理學家所屬的大學與實驗室，所共同出資合作興建的。
LHC包含了一個圓周為27公裡的圓形隧道，因當地地形的緣故位于地下50至150米之間。這是先前大型電子正子加速器(LEP）所使用隧道的再利用。隧道本身直徑三米，位于同一平面上，并貫穿瑞士與法國邊境，主要的部份大半位于法國。雖然隧道本身位于地底下，尚有許多地面設施如冷卻壓縮機，通風設備，控制電機設備，還有冷凍槽等等建構于其上。
加速器通道中，主要是放置兩個質子束管。加速管由超導磁鐵所包複，以液态氦來冷卻。管中的質子是以相反的方向，環繞着整個環型加速器運行。除此之外，在四個實驗碰撞點附近，另有安裝其他的偏向磁鐵及聚焦磁鐵。
兩個對撞加速管中的質子，各具有的能量為7TeV（兆兆電子伏特，），總撞擊能量達14TeV之巨。每個質子環繞整個儲存環的時間為89微秒(microsecond）。因為同步加速器的特性，加速管中的粒子是以粒子團（bunch）的形式，而非連續的粒子流。整個儲存環将會有2800個粒子團，最短碰撞周期為25納秒（nanosecond）。在加速器開始運作的初期，将會以軌道中放入較少的粒子團的方式運作，碰撞周期為75納秒，再逐步提升到設計目标。
在粒子入射到主加速環之前，會先經過一系列加速設施，逐級提升能量。其中，由兩個直線加速器所構成的質子同步加速器(PS）将産生50MeV的能量，接着質子同步推進器(PSB）提升能量到1.4GeV。而質子同步加速環可達到26GeV的能量。低能量入射環（LEIR)為一離子儲存與冷卻的裝置。反物質減速器(AD）可以将3.57GeV的反質子，減速到2GeV。最後超級質子同步加速器(SPS）可提升質子的能量到450GeV。
20餘名中國科學家參與強子對撞機實驗
在LHC加速環的四個碰撞點，分别設有五個偵測器在碰撞點的地穴中。其中超環面儀器(ATLAS）與緊湊渺子線圈(CMS）是通用型的粒子偵測器。其他三個（LHC底誇克偵測器（LHCb），大型離子對撞器（ALICE）以及全截面彈性散射偵測器（TOTEM）則是較小型的特殊目标偵測器。
LHC也可以用來加速對撞重離子，例如鉛（Pb）離子可加速到1150TeV。
由于LHC有着對工程技術上極端的挑戰，安全上的确保是極其重要的。當LHC開始運作時，磁鐵中的總能量高達100億焦耳（GJ），而粒子束中的總能量也高達725百萬焦耳（MJ）。隻需要10?7總粒子能量便可以使超導磁鐵脫離超導态，而丢棄全部的加速粒子可相當于一個小型的爆炸。
相對論重離子對撞機
位于美國紐約長島的布魯柯海文國家實驗室的世界頂級科學研究設備——相對論重離子對撞機(Relativistic Heavy Ion Collider，RHIC）。這一頂尖級研究設備經過10年的建設，于2000年正式運行。來自世界過各地的數百名物理學家，試圖利用RHIC研究宇宙起源的最初時刻所發生的事情。該加速器驅動兩束金離子束流對撞，以求幫助科學家理解從最小的粒子物理世界到最大的恒星世界的運作方式和原理。
2015年3月26日消息，據國外媒體報道，在中斷了兩年之後，大型強子對撞機終于準備再次啟動，進行能量更強的粒子對撞實驗。
該實驗本應于本周開始，然而由于上周六剛剛發現的一起短路故障，這一計劃不得不向後推遲。
