'원자는 더 이상 분해할 수 없는 최소 단위이다.' 라는 상식을 깨뜨린 사람은 영국의 물리학자 어니스트 러더퍼드(1871~1937. 뉴질랜드)이다.
1896년 프랑스의 물리학자 베크렐이 우라늄이 방사선을 내고 있음을 밝혀내자, 많은 물리학자가 방사선의 정체를 알아내기 위한 실험에 착수하였다.
1899년 러더퍼드는 우라늄에서 나오는 방사선에 물질을 투과하기 어려운 알파선과 물질을 투과하기 쉬운 베타선 두 종류가 있음을 알아내고 알파선의 정체가 방사성 물질에서 나오는 입자라고 생각, 그 입자를 '알파입자'라고 명명하였다.
러더퍼드는 알파선이 물질과 어떻게 작용하는지 조사하기 위해 얇은 금속막에 알파선을 쬐는 실험을 하였고, 원자속에 원자 전체의 크기보다 아주 작지만, 알파입자보다 무거운 '원자핵'이 있으며 거기에 부딪쳐 알파입자가 도로 튀어나오는 것이라 생각하였다.
러더퍼드는 실험 결과를 바탕으로 원자핵의 크기가 원자 전체 크기의 1만분의 1임을 알아내고 원자에 내부구조가 존재함을 밝혀냈다.
 전자의 존재는 1887년 J.J. 톰슨(1856~1940. 영국)에 의해 밝혀졌다.
톰슨의 연구실에서는 러더퍼드를 비롯한 우수한 연구자가 많이 배출되었는데 그중의 한 사람이 '중성자'를 발견한 제임스 채드윅이다.
1932년 프랑스의 물리학자 줄리오 퀴리는 베릴륨 원자에 알파입자를 충돌시키면, 투과성이 높은 정체불명의 방사선이 튀어나옴을 발견하였다.
채드윅은 이 방사선의 정체를 밝히기 위한 실험을 하여 질량이 양성자와 거의 같고 전하가 0임을 밝히고 전기적으로 중성이므로 이를 중성자라 명명하였다.
이에 따라 원자핵이 양성자와 중성자로 이루어져 있음을 밝힌 업적이 인정되어 채드윅은 1935년 노벨물리학상을 수상하였다.