Yirminci yüzyılın başında atomun içinin nasıl olduğu bir bilmeceydi. En yaygın görüş, J.J. Thomson'ın "erikli puding" modeliydi: pozitif yükün atomun tümüne bulanık biçimde yayıldığı, elektronların bu bulutun içine serpiştirildiği bir yapı. Yeni Zelanda doğumlu Ernest Rutherford (1871–1937) bu modeli sınamak için zarif bir deney tasarladı.

Manchester'daki ekibi (Hans Geiger ve Ernest Marsden), radyoaktif kaynaklardan çıkan hızlı, pozitif yüklü alfa parçacıklarını çok ince bir altın folyoya gönderdi. "Erikli puding" doğruysa, parçacıklar folyodan neredeyse hiç sapmadan geçmeliydi — seyrek bir bulut onları ciddi biçimde saptıramazdı. Sonuçların çoğu böyleydi; ama küçük bir azınlık büyük açılarla saptı, hatta bazıları doğrudan geri sekti. Rutherford bunu şöyle anlattı: "Hayatımın en inanılmaz olayıydı — sanki bir mermiyi ince bir kâğıda ateşleyip geri dönüp size çarpması gibiydi."

Tek açıklama şuydu: atomun pozitif yükü ve kütlesinin neredeyse tamamı, ortadaki çok küçük, çok yoğun bir bölgede — çekirdekte — toplanmıştı. Geri sekenler, bu minik çekirdeğe neredeyse doğrudan çarpan az sayıdaki parçacıktı. Rutherford 1911'de bu modeli yayımladı: atom, ortasında minicik bir çekirdek, çevresinde geniş bir boşlukta dolaşan elektronlarla, büyük ölçüde boştur. Bir atomu bir stadyum kadar büyütürsek, çekirdek ortadaki bir bezelye tanesi kadardır.

Bu keşif, Niels Bohr'un 1913'te elektronların belirli yörüngelerde döndüğü modelini ve ardından kuantum mekaniğini doğurdu; çekirdeğin kendisi ise nükleer fiziğin, enerjinin ve silahların konusu oldu. Rutherford, radyoaktivitenin bir elementin başka bir elemente dönüşmesi olduğunu da göstererek modern simyanın gerçek yüzünü açtı.