Das Symmetrieprinzip der Physik besagt, dass Materie und Antimaterie zu gleichen Teilen im Universum vorhanden sein sollten. Während des Urknalls sollten also gleiche Mengen an Materie und Antimaterie entstanden sein. Wäre dies der Fall, dann gäbe es heute überhaupt keine Materie, denn Materie und Antimaterie hätten sich bereits in der Frühgeschichte des Universums gegenseitig ausgelöscht. Die Existenz von Materie beruht also auf einer Asymmetrie von Materie und Antimaterie - ein Rätsel, auf dessen Spuren sich das Belle-II-Experiment bewegt.

Das Standardmodell ist die Grundlage der modernen Teilchenphysik und erklärt die Natur aller bekannten fundamentalen Teilchen und ihrer Wechselwirkungen. Ausgehend von experimentellen Belegen scheint dieses Standardmodell eher eine Annäherung auf dem Energieniveau zu sein, das heute erforscht werden kann, als eine endgültige Wahrheit. Die Experimente am Belle-II-Detektor sollen durch Hochpräzisionsmessungen Abweichungen von den theoretischen Vorhersagen des Standardmodells aufdecken und so den Weg zu einer neuen Physik auf noch höheren Energieskalen erkunden.

Das Standardmodell der Teilchenphysik sagt die Existenz eines Higgs-Feldes voraus, das erklären sollte, woher Elementarteilchen ihre Massen erhalten. Im Jahr 2012 wurde dann das sogenannte Higgs-Teilchen in Experimenten nachgewiesen, wodurch das Standardmodell der Teilchenphysik vervollständigt wurde. Viele der physikalischen Theorien, die über das Standardmodell hinausgehen, deuten darauf hin, dass es eine ganze Familie von Higgs-Teilchen geben könnte; neben solchen Higgs-Teilchen, die wie das experimentell bestätigte Standardmodell-Higgs neutral sind, könnten auch geladene Higgs-Teilchen darunter sein. Nach diesen neuen – insbesondere (den) geladenen – Higgs-Teilchen wird beim Belle-II-Experiment intensiv gesucht.

Dunkle Materie macht etwa 80 % der Materie des Universums aus und ist derzeit eines der größten Rätsel der Physik, da ihre Struktur völlig unbekannt ist. Das Belle-II-Experiment versucht, dieses Geheimnis zu lüften, indem es Teilchenzerfälle unter der Hypothese untersucht, dass es dunkle Materieteilchen - z. B. dunkle Photonen - geben könnte, die mit der uns bekannten sichtbaren Materie wechselwirken können und somit auch einen Einfluss auf die untersuchten Zerfälle hätten.

Ein Großteil unserer sichtbaren Materie (z. B. Protonen und Neutronen) gehört zur Familie der Hadronen und besteht aus Quarks, die durch "Klebstoffteilchen", die Gluonen, zusammengehalten werden - diese sogenannte starke Wechselwirkung ist die stärkste Kraft im Universum. Die Zusammensetzung der Hadronen ist seit langem bekannt, aber das Zustandekommen ihrer präzisen Struktur ist kaum verstanden und wird im Belle-II-Experiment im Detail erforscht werden.