Každý následný model pro atomovou anatomii a konstrukci vycházel z předchozího. Filozofové, teoretici, fyzici a vědci postupně vyvinuli atomové paradigma v průběhu mnoha staletí. Bylo navrženo, upraveno a nakonec zamítnuto nebo přijato několik hypotetických modelů. Mnoho vědců a myslitelů objevilo a provedlo experimenty, aby dospělo k aktuálně přijímanému atomovému modelu. Rozvoj matematiky a specializované technologie významně přispěl k současnému chápání podstaty atomů.
Rané sférické modely
Protože atomy jsou příliš malé na to, aby je bylo možné vidět, první teoretické modely byly intelektuální konstrukce založené na logických metodách induktivního a deduktivního uvažování. Klasický řecký filozof Democritus jako první navrhl existenci atomů v roce 400 př. N. L. On usoudil, že hmotu nelze rozdělit donekonečna a musí se skládat z nedělitelných kruhových tzv atomy. V roce 1800 John Dalton dospěl ke stejnému pohledu na atomismus pomocí experimentální metody ke studiu plynů a sloučenin. Jeho teorie se nazývala model pevné koule nebo kulečníkové koule.
Model švestkového pudingu
V roce 1904 britský fyzik J.J. Thompson navrhl švestkový pudink nebo rozinky, model atomismu. Bylo založeno na znalostech nedávno objevených negativně nabitých subatomárních částic nazývaných elektrony. Thompsonovy experimenty s katodovými trubicemi ho přiměly teoretizovat existenci drobných částic uvnitř atomů, které byly základními částmi všech atomů. Jeho model představoval negativní elektrony nebo švestky, zavěšené uvnitř kladně nabité kostry nebo pudink.
Dva modely planetární oběžné dráhy
V letech 1910 až 1911 Ernest Rutherford navrhl planetární neboli jaderný model atomu. Věřil, že atomy byly složeny převážně z prázdného prostoru s hustým jádrem. Jeho experimenty zahrnovaly střelbu alfa částic na zlatou fólii. Došel k závěru, že kladné jádro obsahuje většinu hmoty atomu. Niels Bohr svým modelem oběžné dráhy v roce 1913 vylepšil představu atomu jako malé sluneční soustavy. Bohrův model měl elektrony obíhající kolem jádra ve vrstvách podobných skořápce.
Model elektronového mraku
Louis de Broglie a Erwin Schrodinger vyvinuli elektronový mrak nebo kvantově mechanický model. Model založili na průlomech oboru fyziky kvantové mechaniky. Namísto elektronů na pevných oběžných drahách má cloudový model oběžné dráhy definované distribucí pravděpodobnosti kolem jádra. V závislosti na jejich pozorování a měření by mohly být elektrony na mnoha různých místech, někdy současně.