硼-10原子核得到氮-13原子核和一种新射线，证明伽马射线假说站不住脚。他提出这种新辐射是一种质量近似于质子的中性粒子，并设计了实验证实了他的理论。这种中性粒子被称作中子。
原子核的中子-质子模型.在查德威克发现中子以前，流行的原子核模型为“质子-电子”模型。但这个模型存在很多的问题。比如，在氮气（N）的分子光谱中，偶数转动能级的越迁要比奇数转动能级的强烈，这説明偶数能级上的集居数比奇数能级的大。根据量子力学和泡利不相容原理，这意味着N-14核的自旋是约化普朗克常数ħ（普朗克常数除以