萬事萬物都由原子構成，這個事實最早是由英國化學家道爾頓用實驗證明的。我們知道，碳和氧結合可以生成一氧化碳和二氧化碳。道爾頓發現，用同樣分量的碳去生成一氧化碳和二氧化碳，二氧化碳所需要的氧永遠是一氧化碳所需要的兩倍。氧與碳反應所呈現的固定比例，說明氧是無法永遠分割下去的，因為如果能永遠分割，碳應該能以任意比例與氧結合。由此可以推出，所有物質都應當存在最小構成單元。這個最小構成單元，就是原子。
發現了原子，下一個問題是，原子的結構是什麽樣的？很明顯，不同種類的原子之間的性質也不相同，它們必定也有不同的內部結構，否則無法解釋它們的性質差異為何如此巨大。
英國物理學家J.J.湯姆森率先發現了電子的存在。他發現電子是帶負電的，質量非常小，大約隻有氫原子的1/1800。但是原子總體不帶電，呈電中性。於是提出了著名的“葡萄幹蛋糕模型”。這個模型認為，原子就跟一塊葡萄幹蛋糕一樣，電子帶負電，就好比蛋糕中的葡萄幹一樣分布在原子內部。原子裏除電子外的其他部分，就跟蛋糕一樣，帶正電。一正一負，總電荷為零，所以原子呈電中性。
但“葡萄幹蛋糕模型”很快就被來自新西蘭的物理學家盧瑟福用實驗推翻了。盧瑟福用α粒子轟擊金箔，如果葡萄幹蛋糕模型是正確的話，由於α粒子帶正電，它應當被金箔部分反射、部分穿透，因為正電荷之間是同性相斥的。但是實驗結果卻大大出乎意料：絕大部分的α粒子都穿透了金箔，隻有極少一部分反彈了。通過這個實驗，我們知道，其實原子裏大部分的正電荷隻集中在一個很小的區域中，隻有這個很小區域中的正電荷反彈了帶正電的α粒子。根據盧瑟福的實驗，原子核被發現了。原子核的結構在盧瑟福實驗的修正下變成了：帶正電的原子核攜帶了原子的絕大部分質量集中在原子的中心。原子核的大小隻占原子體積的幾千億分之一，帶負電的電子圍繞帶正電的原子核運動。