尔斯·玻尔于1913年提出的「玻尔模型」所解决，他首次引入量子化的概念来研究原子内电子的运动，对于计算氢原子光谱的芮得柏公式给出理论解释。在波耳模型中，位于特殊轨道的电子具有取决于轨道半径才拥有特定的能量，这个能量值后来被称作能级。半太郎土星模型亦预言了质子的存在，但欧尼斯特·拉塞福在1917年至1925年间以多项粒子撞击实验，証明氢原子核存在于其他更重的原子核内，质子才被主流认为确实存在。1919年，英国科学家弗朗西斯·阿斯顿制成第一台质谱仪。阿斯顿用这台装置发现了多种元素同位素，研究了53个非放射性