1911 英國人拉塞福以α粒子(He2+)撞擊金箔,發現大部份的α粒子都直線通過,有少數α粒子產生不同角度的偏折,極少數α粒子反彈回去。拉塞福由此推論出原子的中心含有體積極小但質量極大(相對於α粒子)且與α粒子同樣帶正電的原子核存在。
湯木生提出的原子模型為一帶正電的物質球中散佈著帶負電的電子,如同葡萄乾鑲嵌在麵包上。但以湯木生的原子模型根本無法解釋α粒子撞擊金箔的現象。
1919 拉塞福再從α粒子撞擊氮原子而發現了質子。以α粒子撞擊其他如硼、氟、磷、鋁等原子都可得性質相同的質子,確定質子為原子核的組成粒子。
1932 英國人查兌克由α粒子撞擊鈹的實驗,發現原子核中有一種質量幾乎與質子相同但不帶電的基本粒子,稱為中子。如此一來恰可以推翻當時認為原子核僅由帶正電的質子所組成,卻無法解釋原子的電中性現象。