O Modelo Padrão é extremamente bem-sucedido em descrever a maioria dos fenômenos conhecidos da física de partículas, mas ele não é a teoria final da natureza. Existem limites claros em sua capacidade de explicar certos aspectos fundamentais do universo.
Um exemplo importante são os neutrinos: no Modelo Padrão, eles são considerados partículas sem massa, mas experimentos demonstraram que os neutrinos oscilam entre diferentes "sabores", o que só é possível se possuírem massa, ainda que muito pequena. Essa descoberta exige uma extensão da teoria.
Outro limite é a gravidade. Enquanto as outras três forças fundamentais são descritas com sucesso, a gravidade não se encaixa na estrutura do Modelo Padrão. A sua descrição ainda depende da relatividade geral de Einstein, e a busca por uma teoria quântica da gravidade continua aberta.
Além disso, observações cosmológicas revelaram que a matéria visível, aquela formada pelas partículas conhecidas, representa apenas uma fração do universo. A maior parte é composta de matéria escura e energia escura, cuja natureza permanece misteriosa e não é explicada pelo Modelo Padrão.
Essas limitações mostram que, embora o Modelo Padrão seja uma ferramenta poderosa, ele é incompleto. Resolver essas questões, massa dos neutrinos, unificação com a gravidade e a compreensão da matéria e energia escuras, é um dos grandes desafios da física contemporânea, guiando pesquisas para teorias além do Modelo Padrão.