Už v starom grécku Antický filozof Aristoteles vyslovil domnienku, že všetka hmota okolo nás sa skladá najmenších nedeliteľných častíc, grécky atómos. Začiatkom 19. storočia už pokročila chémia tak, že izolovala niektoré materiály tak, že tie už chemicky ďalej nebolo možné deliť, objavili sa prvky. Anglický chemik John Dalton v roku 1801 publikoval svoju teóriu o prvkoch. Predpokladal, že iba prvky sa skladajú z nedeliteľných častíc atómov, každý prvok, má svoje rovnaké atómy. Atómy rôznych prvkov sa líšia svojou hmotnosťou, čo bol dôležitý poznatok. Dokonca vypočítal niektoré atómové hmotnosti, kde za základ zobral najľahší prvok vodík, udal mu hmotnosť 1. Pri rovnakom objeme, rovnakom tlaku a rovnakej teplote, pomer hmotnosti plynného prvku voči hmotnosti vodíka udával atómovú hmotnosť plynného prvku. Avogadro túto teóriu upresnil. Pri plynných prvkoch sú atómy viazané v dvojiciach, molekulách. Chémia sa rozvíjala ďalej aj Mendelejev podľa určitej podobnosti vlastnosti prvkov určil všetky dovtedy známe atómové hmotnosti a usporiadal ich do určitej periodickej tabuľky, kde predpovedal aj neexistujúce prvky. Ďalej sa atómy už neskúmali. Anglický fyzik Joseph John Thomson pozoroval žiarenie ktoré sa vytvorilo vo vákuovej trubici, kde boli dve elektródy zapojené na vysoké napätie. Pri rozžeravení zápornej elektródy začal tiecť medzi elektródami prúd. Čím vyšší bol podtlak tým menej bolo žiarenie vidno, prúd klesol ale nikdy sa neprerušil. Nazval to katódové žiarenie. Z toho usúdil, že elektrický prúd nie je vedený elektrickým fluidom ako sa predtým predpokladalo ale atómy prvku sú zložené, tak ako keby boli zložené z nejakého kladného pudingu v ktorom sú rovnaké elementárne častice, ktoré majú elementárny záporný náboja a veľkosť kladného náboja v atómovom pudingu musí byť taká istá, ako súčet záporných elementárnych nábojov, pretože atómy sú elektrický neutrálne. Tieto častice sa neskôr nazvali elektróny. Francúzsky fyzik Antoine Henri Becquerel skúmal dovtedy najťažší prvok urán. Na stole mal položenú fotografickú platňu a v stole pod ňou uránovú rudu smolinec. Na druhý deň zistil, žefotografická platňa sčernela aj keď nebola osvetlená. Zistil, že to spôsobilo žiarenie , ktoré vyžaruje urán. Poľsko Francúzska chemička Maria Curie Sklodovska izolovala dva silno rádioaktívne prvky rádium a polónium z prírodného uránu. Rádium vykazovalo silné žiarenia ktoré sa v elektrickom poli sa vychyľovali. Žiarenie ktoré malo kladné častice, nazvali alfa žiarenie, žiarenie ktoré malo záporné častice boli v podstate elektróny, žiarenie nazvali beta. Žiarenie ktoré sa nevychyľovalo v elektrickom poly, ale prenikalo cez materiály nazvali gama žiarenie, bolo to to isté žiarenie ktoré objavil Becqurel. Anglický fyzik Ernst Rutherdorf bombardoval alfa časticami veľmi tenkú zlatú fóliu. Časť žiarenia sa pohltila, časť prešla cez fóliu ale zaujímavý bol fakt, že malá časť žiarenia sa odrazila opačným smerom pod iným uhlom. Znamenalo to, že od niečoho kladného sa musela alfa častica odraziť. Keďže elektróny mali záporný elektrický náboj a alfa častice kladný, tak môžeme predpokladať, že určitý počet alfa častíc vynulovalo elektrický náboj elektrónov a od kladnej častice sa odrazili. Začalo uvažovať, že atómy majú kladné malé jadrá okolo ktorých obiehajú elektróny vysokou rýchlosťou, preto lebo majú záporný náboj a aby kladné jadro nepritiahlo, tak musia mať určitú odstredivú silu. Pretože vodík mal atómové číslo 1 a elektrický náboj jadier prvkov musel sa rovnať súčtu elektrických nábojov elektrónov, znamená to, že jadro prvkov je zložené z jadier vodíka. Už skôr na detekciu plynov bol vyvinutý scilintačný detektor, ktorý v podstate detekoval elektrický náboj jadier. Rhuterdorf pri odstreľovaní dusíka alfa časticami detekoval na scilintačnom detektore vodík a atómy kyslíka. Jadro vodíka neskôr nazvali protón. Predpovedalo sa, že alfa častice tiež budú jadra neznámeho prvku. Urobili pokus, kde do banky ktorá mala hrubé sklo naplnili plynom radónom pod malým tlakom. Radón je plyn ktorý vyžaruje silné alfa žiarenie. Do vnútra banky vložili banku s vysokým vákuom a dvoma elektródami. Alfa častice prešli cez tenké sklo. Na detekovanie prvkov pri horúcich plynoch bola založená metóda spektrografie. Keď sú plyny zohriate na vysokú teplotu vyžarujú určité nespojité spektrum, cez hranol by sme identifikovali iba čiary. Pre každý plyn je čiarové spektrum iné. Do banky s tenkým sklom prenikol dostatok alfa častíc. Keď na elektródy priložili dosť vysoké napätie, preskočila iskra. Detekovali spektrálne čiary, ktoré boli detekované predtým v slnečnom spektre. Znamenalo to že na Slnku sa nachádza prvok, ktorého jadrá atómov sú vlastne alfa častice. Detekované spektrálne čiary sa veľmi podobali na spektrálne čiary vodíka. Z toho bolo predpokladané, že je to druhý prvok v periodickej tabuľke prvkov. Tu ale bol jeden problém, alfa častica bola až štyri krát ťažšia ako jadro vodíka, ale detekovane boli iba dva protóny. Znamenalo to, že v jadre prvkov okrem vodíka musí existovať aj nejaká častica, ktorá nemá elektrický náboj a je približne taká ťažká ako protón. Predpokladala sa aj sila, ktorá na krátke vzdialenosti je oveľa väčšia ako dosiaľ známe elektrostatické sily, pretože protóny mali kladný náboj a odpudzovali sa veľmi silnou elektrostatickou silou. Tieto sily museli držať v jadre aj elektrický nenabité častice, ktorých hmotnosť bola približne taká veľká ako hmotnosť protónov.