No entanto, em 1909, um grupo de investigadores sob a orientação do físico Ernest Rutherford bombardeou uma folha de outro com iões de hélio e descobriu que uma pequena percentagem era defletida com ângulos muito maiores do que aqueles que eram previsíveis segundo o modelo de Thomson. Rutherford interpretou a experiência da folha de ouro como uma sugestão de que a carga positiva de um átomo e a maioria da sua massa estavam concentradas num núcleo no centro do átomo, enquanto os eletrões orbitavam à sua volta de forma semelhante aos planetas à volta do sol – o modelo atómico de Rutherford. Os iões de hélio com carga positiva perto deste núcleo denso seriam então defletidos em ângulos muito maiores.