1917～1920年间，E.Rutherford和其他物学家用α粒子轰击一些原子核时发现了质子。当时人们知道的基本粒子只有电子和质子，自然会猜想到原子核可能是由质子和电子组成，这种猜想遇到了理论上的困难。1932年J.Chadwick发现了中子。不久，W.Heisenberg提出了原子核是由质子和中子组成的假设，这一假设才得到大量实验事实的支持。1911年，英国物理学家卢瑟福用一束高速带正电荷的α粒子流，轰击金属薄膜，发现绝大多数α粒子穿过金属薄膜而不改变方向，这说明原子的内部是很“宽敞”的，有些α粒子穿过金属薄膜时方向稍有改变，个别粒子好像碰到一种极硬、不可穿过的东西一样被弹回来。这说明α粒子碰到了一种体积很小，带正电荷的物质，卢瑟福称之为“原子核”。卢瑟福α粒子散射实验奠定了现代原子模型的基础。通过对实验结果的理论分析，确定原子中存在一个带正电的核心，即原子核，其尺寸在10-14m数量级，仅为原子大小的万分之一，质量却占到99.9%以上。由于原子整体上呈中性，因此，原子核的电量必定与核外的电子总电量相等，但符号相反。
核外电子以一定的轨道围绕原子核运动，每个轨道只有一个电子，而一定数目的轨道形成一个电子壳层，核外可有几个电子壳层，最靠近核的电子壳层称K层，依次向外称为L、M、N、O……层。每个电子壳层可容纳的电子数为2n2个，n表示第几个壳层。每个壳层上的电子分别具有一定的能量，距核越远其位能越高。
原子核位于原子的核心部分，由两种质量几乎相等的基本粒子——质子（proton，P）和中子（neutron，N）组成。而质子又是由两个上夸克和一个下夸克组成，中子又是由两个下夸克和一个上夸克组成。质子和中子统称为核子。质子带正电荷，与电子所带电荷数量相等，符号相反。中子不带电荷。原子核内质子和中子数目之和即为原子质量数，用A表示。原子核内的质子数（即核电荷数）称为原子序数，用Z表示，原子核内的中子数为A减Z。
国际上通常采用
表示各种核素，也常简化为AX，X为某种元素符号，如16O、14N等。有些核素右上角加m，表示该核素处于激发态，如99Tcm。
表2-1 质子、中子及电子的主要性质(www.xing528.com)
*：磁矩分布半径
**：电子经典半径
由无限多等量中子和质子组成的、密度均匀的物质称为核物质（nuclear matter）。核物质有两个主要特点：①每个核子的平均结合能与核子的数目无关；②核物质的密度与核子的数目无关。有时泛指由核子组成的、密度与原子核相似的物质为核物质。
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