液滴模型。液滴模型是20世纪30年代由玻尔和弗伦克尔首先提出来的。这一模型的事实依据，一是原子核每个核子的平均结合能几乎是一个常数，即总结合能正比于核子数，显示了核子的饱和性；二是原子核的体积正比于核子数，即核物质的罾度也几乎是一个常数，显示了原子核的不可压缩性。这些性质与液滴很相似，所以玻尔和弗伦克尔认为，可以把原子核看成是一个密度约为1014g/cm3的“核液滴”，把每一个核子看成相当核物质中的“分子”，每一个核子可以较自由地在核物质中运动。由此，他提出了“液滴模型”。
液滴模型在解释核裂变、原子核的稳定性以及推算原子核的半经验质量公式方面获得成功，特别是在解释核集体性质的实验事实方面较为成功。但这个模型对描述原子核内部个别核子的行为、状态比较困难，对自旋、磁矩等核内部结构的细节也难以作出有效的说明。
（2）壳层模型。壳层模型是由迈耶夫人和简森于1949年各自独立提出来的。大量实验的结果显示，原子核的许多性质随着中子或质子数目的增加而呈周期性的变化。当中子或质子数等于2，8，20，28，50，82，126时，原子核特别稳定，结合能特别大。在人们还不清楚这些特别数目的本质含义时，就称它们为“幻数”。
人们注意到，这与元素的周期性非常相似，似乎表明原子核内部核子数的填充有与原子内核外电子填充的相似规律，存在着某种壳层结构。然而，20世纪30年代初，人们的尝试却是失败的，因为由核子的运动求解薛定谮方程，却得不到与事实相符的幻数。
直到1949年，迈耶夫人和简森在势阱中加入了自旋轨道耦合项，才成功地解释了幻数，得出与实验完全相符的结果。根据这一模型，当原子核中质子和中子的数目都等于某一幻数时，核子恰好填满一个完整封闭的壳层。每一壳层所对应的幻数就是这一层最多可容纳的核子数目。
壳层模型能相当好地解释大多数核基态的自旋和宇称，对核基态磁矩的计算也与实验相符。然而，这一模型由于把核子看成是互不相干的、独立运动的粒子，每个粒子只在平均场中运动，这就必然不能给出多个核子集体性运动的正确描述．所以对原子核集体运动所表现的运动形态和性质不能作出很好的说明。
（3）综合模型。综合模型是由A-玻尔和莫特尔逊于1953年提出来的。液滴模型侧重研究原子核的整体运动，壳层模型则着重讨论单个核子的运动。实际原子核的运动，既有核内单个核子的独立运动，又有几个核子或整个原子核的集体运动。
综合模型正是吸取了液滴模型和壳层模型长处，综合考虑两方面的运动而提出来的。综合模型运用集体运动的观点，对核子在一个变动着的势场中运动和多个核子或整个原子核的集体运动如何达到恰当的平衡作为中心问题来处理。
综合模型考虑了原子核内的多种运动状态，在解释原子核有较大的电口极矩和大的磁矩以及原子核的转动惯量等方面得到了与实验事实相符的结果；并且，由模型的理论预言的一系列转动能谱，在很大范围内与原子核的低能激发谱相一致。
当然，综合模型实际上仍是一种“唯象”模型，它虽然能解释许多关于原子核的实验事实，但也还有许多问题无法解释，特别对近几十年发现的一些新规律，理论上仍不能给出很好的解释。
气体模型和液滴模型
气体模型是比较早提出的一种模型，它把原子核中的中子、质子简单地看作是一群类似气体分子的集合，这些核子共同处在一个核半径范围内，彼此没有作用，但有相对自由的独立运动。这个模型在对原子核中每一个核子的动能方面的计算，可以得出与实验较为符合的结果，并且对于中等或较大原子核最后一个核子的结合能近似为8MeV这样一个估算结果，亦与实验结论相接近。但毕竟由于这模型过于简化，能说明核的性质不多，仅在原子核处于某种较高能量状态下的核反应分析中如光学模型计算曾被采用过。这个模型最致命的弱点是没有充分考虑核子间核力的短程性这一最重要特点，因而目前较少有人去考虑它了。
从上面讨论我们知道，可以把原子核看作具有近似球形的形状，由于几乎所有原子核的核子密度近似相同，而且绝大部分原子核的核子结合能都在8MeV左右，这就显然说明在设想一种核的结构模型时，必须充分地考虑核力的短程饱和性。首先我们看看水滴的情况，我们大约都看到过落在荷叶上的一颗小小水滴，其外形也接近一个球形，而且水滴越小越接近球形。无论任何大小的水滴密度也是接近相等的。水滴是由许许多多水分子组成的，这些水分子也具有这样的特点，即每个水分子只和它相贴近的少数几个水分子有相互吸引的作用力。因为如果一个水分子对它周围无论远近水分子都发生有相互吸引的作用力的话，那么就必然水滴愈大则相互吸引力愈强，这滴水的凝聚力量也愈大，这大水滴的密度也必然很高，事实上却不是这样，水滴的密度与水滴的大小无关。所以我们就设想，由于核子间的核力也具有短程饱和性，也就是说每一个核子只和与它邻近的核子有相互作用，原子核平均密度在几乎所有原子核中几乎是均匀一致的，虽然核的密度是很大很大，但它并不产生核子数少的原子核比核子数多的原子核密度小很多的现像，几乎所有原子核它的每个核子的结合能都近乎等于8MeV左右，或者说原子核的结合能差不多与核子数A成正比，这就是说核的密度是个常数。所以，我们可以把原子核看成为一个密度很大（1014克／厘米3）的核的“液滴”，把每一个核子看成相当核物质中的分子，当然也像水液滴一样，每一个核子是可以较自由地在核物质中随意活动，这就是所谓液滴模型。把原子核结构比做液滴，这种模型能说明原子核一些什么问题呢？这模型大约在20世纪30年代由丹麦的尼·玻尔等首先提出，那时正当第二次世界大战前夜哈恩等发现了核裂变现像，而玻尔作为那个时候世界上最著名的核理论学家，很快就采用了核的液滴模型对裂变现像及其实验结果做了理论的计算和分析，因而它首先在解释原子核的裂变现像方面取得比较大的成功，同时它在解释原子核的稳定性以及推算原子核的半经验质量公式方面也颇为成功。液滴模型是较早提出的一种模型解释，它主要抓住核力的饱和性质，所以这模型在解释有关核的集体性质的实验事实方面取得比较大成功。但原子核毕竟与液滴还是有很大的区别，核的尺寸极小，内部的电荷密度与质量密度极大，核子间核力极强，而每一个原子核具有的核子数又是有限的数目，最多也仅有二百多个，所以用液滴模型来描写原子核内部个别核子的行为、状态比较困难，对核内部结构的细节如核的自旋、磁矩等也难以作出有效说明。但尽管如此，核的液滴模型至今在许多核现像的解释中，尤其是核裂变现像解释中仍然起了很大的作用。
α粒子模型
我们在天然放射性一章中，已经知道镭会放出α粒子变成氡，而且在几个天然放射系中，都有不少原子核如铀（U）、钍（Th）、钐（Sm）等元素会放射α粒子的现像。于是我们就很容易想到原子核结构也许可能由许多α粒子所组成。这个模型认为原子核可能是由α粒子的集团所组成。对于核子数不正好等于α粒子整倍数的那些原子核，可以被认为是由α粒子集团加上构不成α粒子集团的零散质子或中子所集合而成。这种猜测所建立的α粒子模型，在解释轻原子核的激发能级时获得一定的成功，或者说对轻核中A＝4n（n＝1，2，3）的偶偶原子核基态能量及其较低激发态能级方面有一定成功。但是不少实验事实并不完全支持这个模型理论，并且在α粒子做“炮弹”对氢原子核的散射实验结果分析中，似乎认为把二个α粒子其中的中子、质子混和后再分成二个α粒子更好，这事实说明由两个中子和两个质子固定束缚在一起形成α粒子的时间并不长，或者说形成固定关系的α粒子寿命只是比这四个核子集团的振动和转动周期略长而已。某些时刻里某两个中子和某两个质子短暂的结合而后又分开，只要它们相处一起的时间长于分离时间，那么我们或许可以认为α粒子模型反映了一定的客观真理。这模型至今还有人在研究。
壳层模型
在50多年前发现原子当中有原子核存在以来，对原子核的实验探测技术愈来愈深入，揭示出来原子核的特点也是各种各样，甚至有时在某些侧面来看它们还彼此相互矛盾，因此原子核结构的图像也是日新月异，不断改进。上面的几种模型似乎对由多数核子组成原子核的集体运动形态给予较多的注意，在这里提出的核壳层模型则与其相反，它比较侧重于对原子核中每一个别核子运动行为的描述。
让我们先回到人们对原子电子壳层的认识。我们从元素的物理和化学性质的周期性变化，推知原子核外的电子存在着壳层结构，也就是说电子是由里向外一层层分布并逐层按一定规律填充的，由里到外各壳层允许填充最多的电子数目依次是2，8，18，36，……当元素的核外电子数目达到这些数目时，这种元素就表现出特殊的性质，如元素特别稳定、电离能特别大等。而当电子数目超过某一壳层最大允许填充电子数目之后，元素的性质又周而复始地出现类似上一周期对应元素的性质。
从大量的原子核实验获得的知识归纳中，似乎也显示出原子核内部核子数的填充存在着某种壳层结构，原子核的许多性质也随着中子（或者质子）数目的增加而呈现出周期性的变化。例如原子核的稳定性、各种原子核在地壳中所占的丰度、原子核低激发态的分布以及原子核电四极矩的大小等。当中子或质子的数目等于2，8，20，28，50，82和126时，这时表现出来的原子核具有特殊的性质，也是特别稳定，结合能特别大等。起初人们并不清楚这几个特别数目的本质含义，就给它起一个名字叫“幻数”，最近又有研究表明，114可能是一个新的质子幻数。