十九世纪，物理学突飞猛进，取得一系列辉煌的成就，但仍有一些悬而未解的东西，其中原子为何物就在探讨之列。
1894年，牛津大学名誉校长、英国前首相索尔兹伯里在一次讲演中说：“每种元素的原子是什么？是不是一种运动？或一件东西？或是一个漩涡？或是一个具有惰性的点？它的可分性是否有限度……所有这些问题都像过去那样一直深深地笼罩在黑暗之中。”尽管当时许多科学家一直在原子物理学领域辛勤耕耘，但还是没有人能对此问题作出一个确切的解释。那么原子是什么样的？1903年，汤姆生（1856～1940年）想象而提出“面包夹葡萄干”式的原子结构的模式。他认为正电荷散布在整个原子中，就像葡萄干散布在整个面包中一样。卢瑟福（1871～1937年）不同意汤姆生的说法，因为这种模式在许多实验中解释不通。
原子的真实面目究竟是怎样的呢？当他看到天上的星星时，从中受到了启发，这些星星表面上也像葡萄干一样散布着，其实它们的位置是有严格的运行规律的。九大行星围绕着太阳旋转，太阳就是它们的核心。α粒子倒弹，一定是碰到了位于原子中心的相当结实的物质——恐怕是原子的核心，才被反弹回来的，四周的电子一定围绕着原子核而旋转着。这样，卢瑟福的想象终于揭开了原子结构的神秘面纱，得到科学界的承认。
首先揭示光谱线之间定量规则的人是巴尔默，在朋友的提议下，他将氢光谱中四条可见光波长的数字加以分析，得到巴尔默公式，里德保和里兹也分别提出他们的公式，这些对玻尔的研究都提供了宝贵的资料。
如何解释线光谱、元素周期表、放射性、原子内部有带负电的电子之间的关系，物理学家们众说纷纭，提出了各种各样的原子模型，有土星模型、中性模型、磁原子模型、实心带电球体模型、量子化原子模型、有核原子模型。其中仅实心带电球体模型及有核原子模型比较有价值。
当今世界，一般人都知道，世界上的各种物质都是由分子组成的，原子又构成了分子。凡是存在于地球、月亮、太阳，以及其他星球上的东西，无一不是由原子所构成。千千万万难以计数的原子形成了宇宙万物。原子非常小。据科学家估计，在一个大头针的顶部能摆放一亿多个原子。若将1亿个世界上最大的原子排成一条直线，也仅有4毫米长。原子太微小了，用肉眼和显微镜是不可能看到的。
使科学家能够窥视原子内部的第一件工具，是由威廉·克鲁克斯爵士研制的克鲁克斯管。克鲁克斯管有许多形式，通常都是玻璃做的，一块板是阳极，另一块板是阴极。若把管内的空气抽得越来越稀薄，充电时管内就充满了种种不同颜色的光辉。由于这种光像是来自阴极，所以把它叫做阴极射线。如果将克鲁克斯管适当改造，把管的一端做成平面，并涂上磷来加强荧光，就做成了今天的电视显像管。