Une voie fructueuse pour décrire les interactions nucléaires consiste à construire un potentiel pour l'ensemble du noyau, au lieu d'examiner les nucléons qui le composent. Cette approche est dite macroscopique. Par exemple, la diffusion de neutrons par des noyaux peut être décrite en considérant une onde plane dans le potentiel du noyau, constituée d'une partie réelle et d'une partie imaginaire. Ce modèle est souvent appelé le modèle optique par analogie avec le phénomène de diffusion de la lumière par une sphère de verre opaque.
Les potentiels nucléaires peuvent être locaux ou globaux : les potentiels locaux sont limités à un domaine restreint d'énergies et/ou de masses, alors que les potentiels globaux, qui ont plus de paramètres et sont habituellement moins précis, sont fonction de l'énergie et de la masse du noyau, et peuvent ainsi être utilisés dans un plus vaste domaine d'applications.
On pourrait voir dans la physique nucléaire un but ultime : décrire l'ensemble des interactions nucléaires à partir des interactions fondamentales entre nucléons. C'est ce que l'on appelle l'approche microscopique ou ab initio. Deux obstacles majeurs doivent cependant être surmontés avant que ce rêve ne devienne réalité :
Cependant, grâce aux progrès croissants des puissances de calcul utilisables, les calculs microscopiques produisant directement un modèle en couches à partir de potentiels à deux ou trois nucléons sont devenus possibles, et ont été tentés pour des noyaux allant jusqu'à une masse atomique égale à 12.
Une approche nouvelle et très prometteuse consiste à développer des théories effectives pour une description cohérente des forces nucléon-nucléon et des forces à trois nucléons. En particulier, on peu analyser la brisure de symétrie chirale en termes de théorie effective (appelée théorie de la perturbation chirale), ce qui autorise un calcul par perturbation des interactions entre nucléons, les pions étant les particules d'échange.