Всеки следващ модел за атомна анатомия и конструкция се основава на предишния. Философи, теоретици, физици и учени постепенно развиват атомната парадигма в продължение на много векове. Бяха предложени, модифицирани и в крайна сметка отхвърлени или приети няколко хипотетични модела. Много учени и мислители направиха открития и проведоха експерименти, за да стигнат до приетия в момента атомен модел. Развитието на математиката и специализираните технологии допринесе значително за съвременното разбиране на същността на атомите.
Ранни сферични модели
Тъй като атомите са твърде малки, за да се виждат, първите теоретични модели са интелектуални конструкции, базирани на логическите методи на индуктивно и дедуктивно разсъждение. Класическият гръцки философ Демокрит е първият, който предлага съществуването на атоми през 400 г. пр.н.е. Той разсъждава, че материята не може да бъде разделена безкрайно и трябва да се състои от неделими кръгли частици, наречени атоми. През 1800 г. Джон Далтън достига до същото мнение за атомизма, използвайки експерименталния метод за изследване на газове и съединения. Неговата теория се нарича модел на твърдата сфера или билярдна топка.
Модел за пудинг от слива
През 1904 г. британският физик Дж. Томпсън позиционира пудинг от слива или кок на стафиди, модел на атомизъм. Тя се основава на знанието за наскоро откритите отрицателно заредени субатомни частици, наречени електрони. Експериментите на Томпсън с катодно-лъчеви тръби го накарали да теоретизира съществуването на малки частици вътре в атомите, които били основни части на всички атоми. Неговият модел предвижда отрицателните електрони или сливи, окачени в положително заредена рамка или пудинга.
Два модела на планетарна орбита
От 1910 до 1911 г. Ърнест Ръдърфорд предлага планетарния или ядрен модел на атома. Той вярваше, че атомите са съставени предимно от празно пространство с плътно ядро. Експериментите му включват изстрелване на алфа частици в златно фолио. Той заключи, че положителното ядро съдържа по-голямата част от масата на атома. Със своя модел на орбита Нилс Бор прецизира идеята за атома като малка слънчева система през 1913 година. Моделът на Бор имаше електрони, които се движат в орбита около ядрото в подобни на черупки слоеве.
Модел на електронен облак
Луис де Бройл и Ервин Шрьодингер са разработили електронния облак или квантово-механичен модел. Те основават модела на пробивите в квантовомеханичния клон на физиката. Вместо електрони във фиксирани орбити, облачният модел има орбити, определени от вероятностно разпределение около ядрото. В зависимост от тяхното наблюдение и измерване, електроните могат да бъдат на много различни места, понякога едновременно.