בשנת 1911 הסיק ארנסט רתרפורד מניסויי פיזור שערך כי המטען החיובי מרוכז בנפח קטן מאוד בתוך האטום, הקרוי היום הגרעין. מתוך תגלית זו, וכן מתוך גילוי הרדיואקטיביות, השתמע שנוסף על הכוח החשמלי והכבידה קיימים עוד כוחות בטבע, חזקים יותר, אבל פועלים על פני מרחקים קצרים בלבד. כוחות אלו נקראים היום הכוח הגרעיני החזק והחלש. תגליות אלו יצרו ענף חדש בפיזיקה: פיזיקה גרעינית. כמו כן, השיטה של רתרפורד לחקר הגרעין על ידי הפצצה של אטומים בחלקיקים מהירים, הפכה לשיטת הניסוי העיקרית בתחום זה עד היום.