Сваки узастопни модел атомске анатомије и конструкције заснован је на претходном. Филозофи, теоретичари, физичари и научници прогресивно су развијали атомску парадигму током многих векова. Неколико хипотетичких модела је предложено, модификовано и на крају одбијено или прихваћено. Многи научници и мислиоци су открили и спровели експерименте да би дошли до тренутно прихваћеног атомског модела. Развој математике и специјализоване технологије у великој мери је допринео савременом разумевању природе атома.
Рани сферни модели
Будући да су атоми премали да би се могли видети, први теоријски модели били су интелектуалне конструкције засноване на логичким методама индуктивног и дедуктивног закључивања. Класични грчки филозоф Демокрит први је предложио постојање атома 400. п. Он образложили да се материја не може делити у недоглед и мора се састојати од недељивих округлих честица тзв атома. Јохн Далтон је 1800. године дошао до истог погледа на атомизам користећи експерименталну методу за проучавање гасова и једињења. Његова теорија названа је модел чврсте сфере или биљарске кугле.
Модел пудинга од шљиве
1904. године британски физичар Џ. Томпсон је поставио модел атомизма од пудинга од шљиве или лепине од грожђица. Заснован је на знању о недавно откривеним негативно наелектрисаним субатомским честицама званим електрони. Томпсонови експерименти са катодним цевима подстакли су га да теоретише постојање ситних честица унутар атома које су биле основни делови свих атома. Његов модел је замислио негативне електроне или шљиве, суспендоване унутар позитивно наелектрисаног оквира или пудинга.
Два модела планетарне орбите
Од 1910. до 1911. Ернест Рутхерфорд је предложио планетарни, односно нуклеарни модел атома. Веровао је да су атоми састављени углавном од празног простора, са густим језгром. Његови експерименти су укључивали пуцање алфа честица у златну фолију. Закључио је да позитивно језгро садржи већину масе атома. Својим моделом орбите, Ниелс Бохр је 1913. рафинирао идеју о атому као малом соларном систему. Боров модел имао је електроне који круже око језгра у слојевима сличним љусци.
Модел облака електрона
Лоуис де Броглие и Ервин Сцхродингер развили су електронски облак, односно квантно-механички модел. Модел су засновали на открићима физике квантне механике. Уместо електрона у фиксним орбитама, модел облака има орбите дефинисане расподелом вероватноће око језгра. У зависности од њиховог посматрања и мерења, електрони могу бити на више различитих места, понекад истовремено.