Les atomes sont neutres électriquement, et l’existence d’électrons chargés négativement dans toute matière implique la présence de particules chargées positivement. E. RUTHERFORD eut l’idée d’envoyer des particules (des particules α) produites par une source radioactive sur une feuille d’or extrêmement mince. Il constata que la majorité des particules traversaient la feuille, mais que certaines se trouvaient déviées de façon importante. RUTHERFORD interpréta l’expérience en imaginant l’atome comme un volume essentiellement vide, l’ensemble des charges électriques positives et toute la masse étant concentrées dans un petit volume situé au centre de l’atome et appelé noyau. En comptant le nombre de particules déviées dans les différentes directions, RUTHERFORD estima le diamètre d’un noyau 100.000 fois plus petit que celui d’un atome. Il découvrit par la suite que la charge électrique positive ( totale ) présente dans l’atome était due à des particules qu’il nomma protons. Ces particules ont une charge électrique positive égale à l'opposé de celle des électrons. La masse du proton est quasiment la même que celle d’un atome d’hydrogène, mais 1.836 fois supérieure à celle d’un électron. Différentes expériences ont montré que la masse du noyau ne peut pas être attribuée aux seuls protons. C’est en 1932 que J. CHADWICK mit en évidence l'existence du neutron. Le neutron possède une masse ( m_n = 1,675 . 10^-27 kg ) légèrement supérieure à celle du proton ( m_p = 1,763 . 10^-27 kg ) et ne possède pas de charge électrique.