Fiecare model succesiv de anatomie și construcție atomică s-a bazat pe cel precedent. Filosofii, teoreticienii, fizicienii și oamenii de știință au dezvoltat progresiv paradigma atomică în decursul mai multor secole. Mai multe modele ipotetice au fost propuse, modificate și în cele din urmă respinse sau acceptate. Mulți oameni de știință și gânditori au făcut descoperiri și au efectuat experimente pentru a ajunge la modelul atomic acceptat în prezent. Dezvoltarea matematicii și a tehnologiei specializate a contribuit foarte mult la înțelegerea contemporană a naturii atomilor.
Modele sferice timpurii
Deoarece atomii sunt prea mici pentru a fi văzuți, primele modele teoretice au fost construcții intelectuale bazate pe metodele logice ale raționamentului inductiv și deductiv. Filosoful clasic grec Democrit a fost primul care a propus existența atomilor în 400 î.Hr. El a argumentat că materia nu poate fi împărțită la nesfârșit și trebuie să fie formată din particule rotunde indivizibile numite atomi. În 1800, John Dalton a ajuns la aceeași viziune asupra atomismului folosind metoda experimentală pentru a studia gazele și compușii. Teoria sa a fost numită modelul sferei solide sau bilă de biliard.
Model de budincă de prune
În 1904 fizicianul britanic J.J. Thompson a susținut budinca de prune, sau chifla de stafide, model al atomismului. S-a bazat pe cunoașterea particulelor subatomice încărcate negativ recent descoperite numite electroni. Experimentele lui Thompson cu tuburi catodice l-au determinat să teorizeze existența particulelor minuscule în interiorul atomilor care erau părți fundamentale ale tuturor atomilor. Modelul său a imaginat electronii negativi, sau prunele, suspendate într-un cadru încărcat pozitiv sau budinca.
Două modele de orbită planetară
Din 1910 până în 1911, Ernest Rutherford a propus modelul planetar sau nuclear al atomului. El credea că atomii erau compuși în mare parte din spațiu gol, cu un nucleu dens. Experimentele sale au presupus împușcarea particulelor alfa pe folia de aur. El a concluzionat că nucleul pozitiv conține cea mai mare parte a masei atomului. Cu modelul său de orbită, Niels Bohr a rafinat ideea atomului ca un mic sistem solar în 1913. Modelul lui Bohr avea electroni care orbitau nucleul în straturi asemănătoare cochiliei.
Modelul Electron Cloud
Louis de Broglie și Erwin Schrodinger au dezvoltat modelul norilor de electroni sau mecanic cuantic. Ei au bazat modelul pe descoperirile din ramura mecanicii cuantice a fizicii. În loc de electroni în orbite fixe, modelul nor are orbitele definite printr-o distribuție de probabilitate în jurul nucleului. În funcție de observarea și măsurarea lor, electronii ar putea fi în multe locuri diferite, uneori simultan.