经过二十几个世纪的探索,科学家在17世纪~18世纪通过实验,证实了原子的真实存在。19世纪初英国化学家J.道尔顿在进一步总结前人经验的基础上,提出了具有近代意义的原子学说。这种原子学说的提出开创了化学的新时代,他解释了很多物理、化学现象。原子是一种元素能保持其化学性质的最小单位。一个原子包含有一个致密的原子核及若干围绕在原子核周围带负电的电子。原子核由带正电的质子和电中性的中子组成。原子是化学变化的最小粒子,分子是由原子组成的,许多物质是由原子直接构成的。原子的英文名是从希腊语转化而来,原意为不可切分的。很早以前,希腊和印度的哲学家就提出了原子的不可切分的概念。17和18世纪时,化学家发现了物理学的根据:对于某些物质,不能通过化学手段将其继续的分解。19世纪晚期和20世纪早期,物理学家发现了亚原子粒子以及原子的内部结构,由此证明原子并不是不能进一步切分。量子力学原理能够为原子提供很好的模型。1661年,自然哲学家罗伯特·波义耳出版了《怀疑的化学家》(The Sceptical Chymist)一书,他认为物质是由不同的“微粒”或原子自由组合构成的,而并不是由诸如气、土、火、水等基本元素构成。恩格斯认为,波义耳是最早把化学确立为科学的化学家。1789年,法国科学家拉瓦锡定义了原子一词,从此,原子就用来表示化学变化中的最小的单位。1803年,英语教师及自然哲学家约翰·道尔顿(John Dalton)用原子的概念解释了为什么不同元素总是呈整数倍反应,即倍比定律(law of multiple proportions);也解释了为什么某些气体比另外一些更容易溶于水。他提出每一种元素只包含唯一一种原子,而这些原子相互结合起来就形成了化合物。1827年,英国植物学家罗伯特·布朗(Botanist Robert Brown)在使用显微镜观察水面上灰尘的时候,发现它们进行着不规则运动,进一步证明了微粒学说。后来,这一现象被称为为布朗运动。1877年,德绍尔克思(J. Desaulx)提出布朗运动是由于水分子的热运动而导致的。1897年,在关于阴极射线的工作中,物理学家约瑟夫·汤姆生(J.J.Thomsom)发现了电子以及它的亚原子特性,粉碎了一直以来认为原子不可再分的设想。汤姆生认为电子是平均的分布在整个原子上的,就如同散布在一个均匀的正电荷的海洋之中,它们的负电荷与那些正电荷相互抵消。这也叫做葡萄干蛋糕模型(枣核模型)。1905年,爱因斯坦提出了第一个数学分析的方法,证明了德绍尔克思的猜想。1909年,在物理学家欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)的指导下,菲利普·伦纳德(P.E.A.Lenard)用氦离子轰击金箔。发现有很小一部分离子的偏转角度远远大于使用汤姆生假设所预测值。卢瑟福根据这个金铂实验的结果指出:原子中大部分质量和正电荷都集中在位于原子中心的原子核当中,电子则像行星围绕太阳一样围绕着原子核。带正电的氦离子在穿越原子核附近时,就会被大角度的反射。这就是原子核的核式结构。1913年,在进行有关对放射性衰变产物的实验中,放射化学家弗雷德里克·索迪(Frederick Soddy)发现对于元素周期表中的每个位置,往往存在不只一种质量数的原子。玛格丽特·陶德创造了同位素一词,来表示同一种元素中不同种类的原子。在进行关于离子气体的研究过程中,汤姆生发明了一种新技术,可以用来分离不同的同位素,最终导致了稳定同位素的发现;同年,物理学家尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)重新省视了卢瑟福的模型,并将其与普朗克及爱因斯坦的量子化思想联系起来,他认为电子应该位于原子内确定的轨道之中,并且能够在不同轨道之间跃迁,而不是像先前认为那样可以自由的向内或向外移动。电子在这些固定轨道间跃迁时,必须吸收或者释放特定的能量。这种电子跃迁的理论能够很好的解释氢原子光谱中存在的固定位置的线条,并将普朗克常数与氢原子光谱的里德伯常量取得了联系。1916年,德国化学家柯塞尔(Kossel)在考察大量事实后得出结论:任何元素的原子都要使最外层满足8电子稳定结构。路易士发现化学键的本质就是两个原子间电子的相互作用。1919年,物理学家卢瑟福在α粒子(氦原子核)轰击氮原子的实验中发现质子。弗朗西斯·威廉·阿斯顿(Francis William Aston)使用质谱证实了同位素有着不同的质量,并且同位素间的质量差都为一个整数,这被称为整数规则。