Az atomelmélet az ókortól kezdve fejlődött. A tudósok elfogadták a görög tudósok hipotézisét, és különbözőségükkel arra építettek felfedezések és elméletek az atomra vonatkozóan, amely a görög "atomos" szóból ered oszthatatlan. Azóta a tudományos közösség felfedezte, hogy ezek a részecskék tovább osztódnak protonoknak, neutronoknak és elektronoknak nevezett részrészekre. Ennek ellenére az "atom" elakadt.
Ógörög hiedelmek
Leucippus és Democritus voltak az elsők, akik a Kr.e. 5. században azt javasolták, hogy minden anyag apró, atomoknak nevezett egységekből áll. A két filozófus úgy vélte, hogy ezek szilárd részecskék, belső szerkezet nélkül, és különböző formájúak és méretűek voltak. Az elmélet szerint az olyan megfoghatatlan tulajdonságokat, mint az íz és a szín, atomok alkották. Arisztotelész azonban határozottan ellenezte ezt az elképzelést, és a tudományos közösség évszázadok óta nem figyelt rá komolyan.
Dalton elmélete
1808-ban John Dalton angol vegyész tovább építette az atomok görög fogalmát. Úgy vélte, hogy az anyag atomokból áll, amelyek apró oszthatatlan részecskék. Azt is javasolta, hogy bár egy elem összes atomja megegyezik, teljesen különböznek azoktól, amelyek más elemeket alkotnak.
J.J. Thomson elmélete
Joseph J. angol fizikus Thomson 1904-ben javasolta az osztható atom "szilva puding" elméletét, miután 1897-ben felfedezte az elektronokat. Modellje feltételezte, hogy az atomok egy nagy, pozitív töltésű gömbből állnak, negatív töltésű elektronokkal (úgynevezett "testek" -ekkel) tűzdelve, mint a gyümölcs a szilva pudingjában. Feltételezte továbbá, hogy a pozitív gömb töltésének töltése megegyezik az elektronok negatív töltésével. Ma a pozitív töltésű részecskéket protonoknak, a negatívakat pedig elektronoknak nevezzük.
Rutherford hipotézise
Ernest Rutherford brit fizikus 1911-ben javasolta az atom nukleáris modelljét, amelyben egy mag létezik. Ezen a részen is felfedezte a tevékenységet, nevezetesen a protonok és elektronok mozgását az atom központi részén belül. Továbbá feltételezte, hogy az atomban lévő protonok száma megegyezik az elektronokéval. Feltételezte azt is, hogy több semleges részecske létezik. Ezeket neutronként ismerik.
Bohr elmélete
Niels Bohr dán fizikus 1913-ban egy bolygómodellt javasolt, amelyben az elektronok a mag körül forognak, amikor a bolygók a Nap körül keringenek. Amíg az elektronok pályán vannak, náluk van az, amit Bohr "állandó energiának" nevezett. Amikor ezek a részecskék elnyeli az energiát és áttér egy magasabb pályára, Bohr elmélete "izgatottnak" nevezi őket elektronok. Amikor az elektronok visszatérnek eredeti pályájukra, elektromágneses sugárzásként leadják ezt az energiát.
Einstein, Heisenberg és a kvantummechanika
A tudósok ezreinek több évtizedes, fáradságos kutatásai alapján a jelenlegi atomelmélet Albert Einstein, Werner Heisenberg és mások által az 1930-as években végzett munkára épít. A korábbi elméletekhez hasonlóan az atom is egy központi, nehéz magból áll, amelyet számos elektron vesz körül. Ellentétben a korábbi elméletekkel, amelyek az elektronokat, protonokat és más apró részecskéket határozott szilárd "csomókként" kezelték, a modern kvantumelmélet statisztikai "felhőként" kezeli őket; furcsa módon pontosan meg lehet mérni a sebességüket, vagy a helyüket, de nem mindkettőt egyszerre idő. Ahelyett, hogy a jól viselkedő elliptikus utakon keringő bolygóként elektronok viselkednének, különböző alakú homályos felhőkben kavarognak. Az atomok kevésbé hasonlítanak a kemény, precíz biliárdgolyókra és inkább ruganyos, kerek szivacsokra. Annak ellenére, hogy "szilárd" anyag, hullámhosszúságú tulajdonságokkal rendelkeznek, például hullámhosszal és interferencia mintákkal.
Quark elmélet
Amikor a tudósok egyre erősebb eszközökkel nézték az atomokat, felfedezték, hogy a magot alkotó protonok és neutronok viszont még kisebb részecskékből állnak. Az 1960-as években Murray Gell-Mann és George Zweig fizikusok "kvarkoknak" nevezték ezeket a részecskéket, kölcsönvéve a James Joyce-regényben használt szót. A kvarkok olyan fajtákban kaphatók, mint "fel", "lefelé", "felül" és "alul". A protonok és a neutronok három-három kvarkból álló kötegekből képződnek: "fel", "le" és "fel" és "le", "fel" és "lefelé".