Trong một nguyên tử muonic (trước đây gọi là nguyên tử mu-mesic, bây giờ nó là một tên gọi sai vì muon không phải là meson),[3] một electron được thay thế bằng muon, giống như electron, là một lepton. Vì các lepton chỉ nhạy cảm với các lực yếu, lực điện từ và lực hấp dẫn, các nguyên tử muonic bị chi phối với độ chính xác rất cao bởi sự tương tác điện từ.

Do muon có khối lượng nặng hơn electron, nên quỹ đạo Bohr và hạt nhân trong nguyên tử muonic gần hơn là so với nguyên tử thông thường và việc hiệu chỉnh do điện động lực học lượng tử là quan trọng hơn. Nghiên cứu về mức năng lượng của các nguyên tử muon cũng như tốc độ dịch chuyển từ trạng thái kích thích sang trạng thái cơ bản do đó cung cấp các thử nghiệm thực nghiệm về điện động lực học lượng tử.

Phản ứng tổng hợp xúc tác Muon là một ứng dụng kỹ thuật của nguyên tử muonic.