Setelah Democritus, Dalton, J.J Thomson, Robert Milikan, dan Eugen Goldstein mengemukakan pendapatnya tentang atom, beberapa ilmuwan lainnya juga mulai melakukan eksperimen dan menghasilkan beberapa penemuan sebagai berikut:
Ernest Rutherford, seorang ilmuwan fisika dari Selandia Baru yang bekerja dengan Thomson di Cambridge University, melakukan percobaan hamburan partikel alfa () oleh atom[1]atom, yang didasari oleh fakta bahwa atom-atom pada katode dalam tabung sinar katode dapar memancarkan electron-elektron menunjukkan bahwa atom-atom harus memiliki partikel yang bermuatan positif. Hasil dari percobaan Ernest Rutherford dipublikasikan pada tahun 1911.
Berdasarkan hasil percobaan tersebut Rutherford menyimpulkan model sederhana tentang atom, yaitu: "Atom terdiri dari inti atom dengan ukuran sangat kecil (diameter sekitar 10^-13 cm) yang memiliki muatan positif dan electron-elektron dengan muatan negative yang mengelilingi inti atom pada jarak rata-rata sekitar 10^-8 cm".
Rutherford menyukai model atom dimana electron mengitari inti atom analog dengan planet-planet beredar mengelilingi matahari. Rutherford dapat menghitung besarnya muatan positif inti dari atom pada lempeng logam yang digunakan. Karena atom bersifat netral maka jumlah elektronnya harus sama dengan harga muatan positif inti. Harga muatan positif adalah berbeda untuk setiap unsur logam dan disebut dengan nomor atom. Rutherford mengusulkan bahwa muatan positif inti disebabkan oleh adanya partikel fundamental atau partikel subatomic dalam inti atom.
Pada taun 1919 Rutherford menemukan partikel fundamental tersebut ketika meneliti hamburan partikel-partikel oleh atom-atom nitrogen di udara. Partikel fundamental tersebut adalah proton.
Proton tersebut dibebaskan sebagai akibat dari tumbukan antara partikel dengan inti atom nitrogen. Rutherford juga mengajukan postulat bahwa dalam inti atom Helium terdapat partikel fundamental yang lain selain proton. Keberadaan partikel tersebut dibuktikan oleh James Chadwick.
James Chadwick, seorang ahli fisika dari Inggris, pada tahun 1932 membombardir lembaran tipis berilium dengan partikel , radiasi dengan energy yang sangat tinggi dipancarkan oleh lembaran berilium tersebut. Percobaan selanjutnya menunjukkan bahwa sinar tersebut merupakan partikel fundamental yang ketiga setelah electron dan proton.
Chadwick memberi nama partikel tersebut neutron karena netral atau tidak memiliki muatan listrik. Massa dari neutron adalah sedikit lebih besar dari massa proton.
Terdapatnya inti atom dalam inti atom-atom, selain inti atom hydrogen-1 atau protium, adalah sangat penting. Tanpa adanya neutron dalam inti atom, inti atom tidak akan stabil karena tolakan antara proton-proton yang sangat kuat. Dengan adanya neutron yang posisinya diantara proton-proton menjadikan tolakan antara mereka menjadi lebih lemah sehingga atom menjadi stabil.
Tahun 1913 Niels Bohr, salah satu murid Rutherford, berdasarkan fakta tentang spectrum absorpsi dan spectrum emisi atom hydrogen menyarankan model atom hydrogen. Model atom yang disarankan adalah sesuai dengan model atom Rutherford tetapi dapat menjelaskan kestabilan dari atom tersebut. Terdapat beberapa konsep yang mendukung Teori Atom Bohr, diantaranya Spektrum Atom, Teori Kuantum Radiasi Planck dan Einstein dan Radiasi Elektromagnetik.