Rutherford 1911'de atomun ortasında minik bir çekirdek olduğunu göstermişti; ama bu model bir çıkmaza yol açıyordu. Klasik fiziğe göre, çekirdek çevresinde dönen bir elektron sürekli enerji yayar, hızla yavaşlar ve bir anda çekirdeğe düşmeliydi. Yani Rutherford'un atomu bir saniyeden kısa sürede çökmeliydi — oysa atomlar kararlıydı. Bir şey eksikti.

Rutherford'un yanında çalışan genç Danimarkalı fizikçi Niels Bohr (1885–1962), 1913'te cesur bir çözüm önerdi: klasik fiziğin kurallarını atomun içinde askıya alalım. Bohr'a göre elektronlar çekirdek çevresinde herhangi bir yörüngede değil, yalnızca belirli, izin verilen "kararlı" yörüngelerde dönebilir; bu yörüngelerde dönerken enerji yaymazlar. Bir elektron ancak bir yörüngeden diğerine "atladığında" enerji alır ya da verir — ve bu enerji sürekli değil, kesikli paketler (kuantum) hâlinde olur. Planck ve Einstein'ın ışık için ortaya attığı kuantum fikri, böylece atomun yapısına girmiş oldu.

Modelin gücü, bir öngörüde bulunup doğrulanmasıydı. Hidrojen gazı ısıtıldığında yalnızca belirli renklerde (dalga boylarında) ışık yayar — bir tür parmak izi. Kimse bu keskin desenin neden böyle olduğunu bilmiyordu. Bohr'un modeli, elektronların yörüngeler arası atlayışlarının tam da bu dalga boylarını üreteceğini hesapladı; sayılar gözlemle şaşırtıcı biçimde uyuştu. Atomun içi artık matematiksel bir düzene sahipti.

Bohr modeli tam bir kuram değil, bir geçiş adımıydı; on yıl içinde Heisenberg ve Schrödinger'in tam kuantum mekaniği onun yerini aldı ve kesin yörünge fikrini olasılık bulutlarıyla değiştirdi. Ama Bohr'un sıçraması, atomun kuantum dünyasının kapısını açtı; kimyanın periyodik düzeninden lazerlere, modern elektroniğe kadar her şey bu kavrayışın üstüne kuruldu.