翰·道尔顿正式提出所有物质是由原子组成的理论。1869年季米特里·门捷列夫发表的元素周期表加深了原子论的设想。约瑟夫·汤姆孙发现了原子中存在带有负电荷、质量非常小的电子，认为原子是由质子和被束缚的电子组成的。欧内斯特·卢瑟福证明质子集中在非常紧密的原子核中。1932年英国物理学家查德威克发现了中子，至此，人们认识到原子核是由质子和中子组成的，电子在原子核外运动。20世纪原子物理学和量子物理学的研究导致了裂变和聚变的发现和实验成功。人类能够将一个元素的原子转换成另一个元素的原子。1950年代和60