ニュートリノは素粒子の一種であるが，電子ニュートリノ（νe），ミューニュートリノ（νμ），タウニュートリノ（ντ）の３種類が存在する．また，それぞれに反粒子が存在し，e，μ，τと表記される．素粒子間に働く力には「強い力」，「弱い力」，「電磁気力」，「重力」の４種類があるが，電荷をもたないニュートリノに働く力は「弱い力」のみである（極めて弱い重力は無視して）．ニュートリノが関与する相互作用ではその種類に応じて，電荷をもったレプトンである電子／陽電子（e±），ミュー粒子（μ±），タウ粒子（τ±）が生まれたり消えたりするため，νe，νμ，ντを「相互作用の固有状態」と呼んでいる．たとえばβ壊変は，陽子Z個，中性子N個をもつ原子核Ａ（Ｚ，Ｎ）がＡ（Ｚ＋１，Ｎ－１）になるプロセスであるが，その際にe－とeが生まれる．素粒子には「スピン」と呼ばれる性質があり，質量をもっている場合には「右巻きのスピン状態」と「左巻きのスピン状態」が存在する．しかし，今までの実験では「ニュートリノは常に左巻き」であり，「反ニュートリノは常に右巻き」であったため，ニュートリノは質量を持たない粒子であると考えられてきた．実際，素粒子とそれらに働く力を記述する「標準モデル」は，ニュートリノの質量がゼロであるとして構築されている．
　３種類あるニュートリノが質量をもつとした場合，質量の種類も３種類あり，それぞれを「質量の固有状態」と呼ぶ．そして，これは量子力学によって可能となる現象であるが，「相互作用の固有状態」それぞれは「質量の固有状態」の重ね合わせ（「混合」と呼ばれる）であることが可能である．ニュートリノが何らかの反応によって生まれる際には「相互作用の固有状態」として生まれる．一方，空間を伝搬していく間は「質量の固有状態」として振る舞うため，質量が異なる場合には伝搬の様子にずれが生じ，ある距離飛行した後には元と異なる「相互作用の固有状態」として観測されることがある．この変化は異なる状態間を行ったり来たりするため，「ニュートリノ振動」と呼んでいる．
　1998年にスーパーカミオカンデ（SK）は，大気ニュートリノの観測によってνμがντとの間で振動していることを発見した．大気ニュートリノは宇宙線が大気中で反応してつくられるニュートリノであるが，そのうちのνμ成分が約500km以上飛行する場合にντに変化してしまい，νμの数が減っているようにみえることが証拠となった．その後，2001年にはSK実験とカナダのSNO実験による太陽ニュートリノの観測から，νeからνμ／ντへ振動することが発見された．その後も2002年にはカムランド実験が原子炉ニュートリノを使って，eの振動を明らかにし，2004年には人工ニュートリノを用いたK2K（KEK to Kamioka）実験がνμからντとへの振動を確認した．そして，2011年にはT2K（Tokai to Kamioka）実験によって第３番目の振動モードも発見された．ニュートリノ振動は質量がないとおこらない現象であり，ニュートリノ振動によってニュートリノ質量の存在が実証された．しかし，質量自身は極めて小さいためまだ測定されておらず，今後の課題である．

【 中畑雅行 】