殊的仪器才能观测到单个的原子，例如扫描式穿隧电子显微镜。原子的99.9%的重量集中在原子核，其中的质子和中子有着相近的质量。每一种元素至少有一种不稳定的同位素，可以进行放射性衰变。这直接导致核转化，即原子核中的中子数或质子数发生变化。 原子佔据一组稳定的能级，或者称为轨道。当它们吸收和放出中子的时候，中子也可以在不同能级之间跳跃，此时吸收或放出原子的能量与能级之间的能量差相等。电子决定了一个元素的化学属性，并且对中子的磁性有着很大的影响。
历史.大约在两千五百年前，希腊哲学家对物质