В конце XIX в. были проведены опыты, которые выявили, что атомы могут не только делиться, но и превращаться из одних в другие.

С тех пор в химии был выделен новый раздел, который получил название «Строение атома».

Настоящее исследование строения атома началось примерно в 1897-1898 гг. В это время было достоверно установлено, что при электрических разрядах в разреженных газах возникают катодные лучи. Опыт с катодными лучами был проведен так: в стеклянные трубки, в которые были впаяны электроды, закачивали воздух, а затем пропускали через них электричество. Катодные лучи являются невидимыми для человеческого глаза, но те места, через которые они проходят, «горят» светло-зеленым светом.

Катодные лучи не распространяются вне трубки, так как стекло для них непроницаемо. Ученые выяснили, что катодные лучи состоят из мельчайших частиц. Эти мельчайшие частицы несут отрицательный заряд, а скорость их передвижения равняется половине скорости света. Известна масса и величина заряда атома. Так, масса атома составляет 0,00055 углеродной частицы, а заряд — 1,602 на 10 в минус 19 степени.

Между массой частиц, величиной их заряда и между природой газа, который они составляют, нет ни малейшей связи. Величина и заряд частиц не зависят от вещества, из которого сделаны электроды, а также от других условий опыта. Кроме того, катодные частицы известны только в заряженном состоянии и не могут существовать без своих зарядов, не могут быть превращены в электронейтральные частицы: электрический заряд составляет самую сущность их природы. Эти частицы называются электроны.

В 1911 г. Резерфорд предложил свою теорию строения атома: 

• атом состоит из атомного ядра, которое является положительно заряженным;
• химическая связь между атомами различных элементов — это проявление взаимодействия между двумя внешними электронами соседних атомов.

Несмотря на то что модель Резерфорда была самой современной на то время, она не объяснила главное: почему один атом после столкновения с атомами других веществ всегда возвращается в свое исходное положение.

Объяснение этого постоянства дал Нильс Бор. Бор применил квантовую гипотезу Планка к модели Резерфорда и доказал, что если атом может изменять свою энергию только прерывно, атом существует лишь в дискретных стационарных состояниях. Низшее из этих состояний и есть нормальное состояние для атома. Теперь в физике было объяснено то, что не смог объяснить Резерфорд.

Теория Бора была подтверждена в многочисленных теориях таких известных мировых ученых, как Франк, Герц, Штерн, Герлах, и ряда других.