在电子、原子核和β粒子发现后，居里夫人曾提出原子核是由电子和正电荷构成的假设，电子部分抵消了正电荷，说明了原子核带正电。但是带有正电荷的粒子是什么粒子，还需要寻找它。1914年第一次世界大战爆发，马斯登去参军，卢瑟福去研究探测潜水艇的仪器。直到战后，1919年卢瑟福和他的助手们重又回到实验室。当他们用α粒子轰击氮原子时，发现氮原子变成了氧原子，同时有一种带正电荷的粒子分裂出来，电荷量与电子相等，但电性相反，质量为电子的1836倍，和氢原子的质量相等，卢瑟福称它为质子。于是，原子核中带正电荷的粒子被找到了。同时一种元素的原子变成了另一种元素的原子，实现了炼金术士们的幻想。
质子被发现后，科学家们又发现原子核并非完全由质子组成，因为几乎所有元素原子核的质子质量大体上只有原子核质量的一半或更少一些。例如，氦原子核（α粒子）具有两倍质子的电荷，却是四倍质子的质量。看来原子核内还有不带电荷的粒子，这种粒子很像放在船底的压舱物，它的质量和质子相等。
20世纪30年代初，德国和法国的科学家们用α粒子冲击金属铍Be，发现跑出一种穿透力比γ射线还强的射线。1932年初，在卢瑟福实验室里工作的英国物理学家查德威克（J.Chadwick，1891～1974）研究了这种射线，确定它不是γ射线，而是由不带电的质量为1的粒子组成，就把这种粒子叫中子。他测定了中子的质量，确定1个中子是由1个质子和1个电子紧密结合在一起而构成的。
中子被发现后，科学家们纷纷提出原子核由质子和中子组成，很快就获得普遍承认。按照这个理论，各种元素原子的原子核由Z个质子和（A-Z）个中子组成。这里的A表示质子和中子数目的总和，称为质量数。原子核中的质子数就等于核电荷数，也就是后来确定的元素的原子序数。
根据实验测定的结果，说明原子核内中子和质子的数目之间有一定的比例。在较轻的原子核内，中子数和质子数大致相等。当原子序数增加时，稳定的核内中子数就比质子数逐渐增多。在较重的原子核内，中子数与质子数之比大约是16∶1。一元素原子核中含有的质子数和中子数之和称为此元素的质量数。它表示着一种元素原子质量的大小，电子的质量很小，就略而不计了。
1913年卢瑟福还同英国化学家索迪发现，同一种元素的原子核中质子数相等，但中子数不等，它们的化学性质相同，但质量数不等，把它们称为同一元素的同位素，它们在元素周期表中占同一位置。现在已经明确，除少数元素外，大多数元素都有同位素。例如，氧元素有3种同位素：氧-16、氧-17、氧-18，它们的原子核中都有8个质子，但是分别有8个、9个、10个中子，因此它们的质量不同，而化学性质是一样的。
由于原子是电中性的，因此任何元素原子内的电子数必定和质子数相等。
当原子核内中子数过多，在一定条件下，一个中子会转变成一个质子，同时放出一个电子。因此，电子并不存在原子核内，只是在中子转变成质子时才释放出来。这也就是放射性物质放射出电子——β粒子的原因。
放射性元素原子核中的一个中子转变成质子的同时放出电子后，多了一个质子，核电荷数就增加了。或者放出α粒子后，核电荷数就减少。核电荷数的多少是一种元素的特征，核电荷数增加或减少意味着一种元素转变成另一种元素了。这是天然元素的转变，也是卢瑟福和索迪发现的，称为元素的蜕变，就像蛇和蝉脱皮蜕化一样，通常又称为元素的衰变，就像人的衰老变化一样。一种放射性元素的原子由于核的衰变而减少到原来数目的一半所需的时间称为半衰期，用它作为原子核稳定性的量度标准。例如铀-238经一系列衰变后最终变成铅-206，半衰期是45亿年。但有些放射性元素的半衰期只有几秒。
由于上述诸多化学家和物理学家的深入研究，从而揭开了原子内部结构的秘密。他们对科学的发展作出了突出的贡献。卢瑟福和索迪分别获得1908年和1921年诺贝尔化学奖。普朗克获得1918年诺贝尔物理学奖，玻尔获得1922年诺贝尔物理学奖。海森伯获得1932年诺贝尔物理学奖。薛定谔获得1932年诺贝尔物理学奖。查德威克获得1935年诺贝尔物理学奖。
合成橡胶的发明和发展
天然橡胶的原产地在中南美洲。橡胶传入欧洲，是从1492年哥伦布发现新大陆开始的。那时橡胶的进口量还很少，人们几乎不知道它的用途。
1823年，由于橡胶雨衣问世，橡胶的需求量才开始增加。而其缺点——低温易变硬、高温易发黏的弊病也被科学家和制造商们所关注。后来，美国发明家古德伊尔把天然橡胶与硫磺的混合物加热，因而得到了与天然橡胶性质完全不同的东西——橡胶加硫磺，使橡胶变成易于成形、富于弹性的有用材料，为后来合成橡胶的发明打下了基础。
随着19世纪末交通运输事业的迅猛发展，人们对橡胶的需求量更是大大增加了，橡胶一下子变得身价百倍，成为国民经济建设的重要战略资源。但是由于天然橡胶只产于部分亚热带地区，产量有限，而大部分需求橡胶的工业化国家受环境的限制并不能大批种植橡胶。这种供求关系的矛盾以及对天然橡胶的分析研究更加坚定了科学家研制合成橡胶的决心。
德国首先于1912年采用与橡胶单体异戊二烯结构相近的二甲基于二烯为单体合成了甲基橡胶。但是，甲基橡胶成本较高，耐压性能却较差。所以当德国和苏联在20世纪30年代初期研制成功丁钠橡胶后，立即开始了这一新型橡胶的大规模生产，并关闭了所有的甲基橡胶的生产工厂。新型的丁钠橡胶则是由酒精蒸汽通过催化剂变成了丁二烯单体再聚合而成。但是酒精的成本仍然比较高。不久科学家又研究出以乙炔代替酒精生产丁二烯的工艺技术。后来人们发现石油、天然气中的丁烷、丁烯都可制得丁二烯。由此，丁二烯便逐渐成为制造合成橡胶的主要单体，现在凡是带有“丁”字的合成橡胶中都含有它。
然而，丁钠橡胶的性能还是远不如天然橡胶。各国科学家为此大力开展了对丁钠橡胶的改良试验。由丁二烯与苯乙烯共聚得到的性能接近天然橡胶的丁苯橡胶的研制成功就是其中重要的成果，并于1937年在德国开始正式投入生产。
第二次世界大战中，美国因橡胶供应紧张，也在大力发展合成橡胶的研制工作。早在1931年，杜邦公司的化学家卡罗瑟斯就研制成功了以氯丁二烯为单体的氯丁橡胶。这种合成橡胶具有天然橡胶所不具备的优点，如耐腐蚀、耐老化、不易燃，特别不易溶于汽油等有机溶剂，在军事装备应用上具有极高的价值。1943年科学家们又研制出在耐热、耐老化、电绝缘性能上较天然橡胶更优的丁基橡胶。
第二次世界大战后，许多工业发达国家都在积极进行合成橡胶的研究和生产，世界产量上升得很快。同时由于生产工艺的不断改进，原料来源的继续扩大，新的合成品种迅速增加，像顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶都是公认的性能优异的新品种。
除上述几种通用的合成橡胶外，自20世纪60年代以来，一些具有特殊性能的合成橡胶也研制出来了。如产量较大的丁腈橡胶可在-40℃到135℃的温度范围内较长时间使用，耐腐蚀性能也很好；硅橡胶、氟橡胶既能在-50℃以下保持不变性，又可耐热高达250℃以上，常被用于制造火箭、导弹、飞机的零部件。目前，这类特种橡胶的研制已达200多种，各自在新的技术领域中发挥着重要的作用。