Кожна наступна модель атомної анатомії та побудови базувалася на попередній. Філософи, теоретики, фізики та вчені поступово розвивали атомну парадигму протягом багатьох століть. Було запропоновано, модифіковано та врешті відхилено чи прийнято кілька гіпотетичних моделей. Багато вчених і мислителів зробили відкриття та провели експерименти, щоб дійти до прийнятої в даний час атомної моделі. Розвиток математики та спеціалізованих технологій значною мірою сприяв сучасному розумінню природи атомів.
Ранні сферичні моделі
Оскільки атоми занадто малі, щоб їх можна було побачити, першими теоретичними моделями були інтелектуальні конструкції, засновані на логічних методах індуктивних та дедуктивних міркувань. Класичний грецький філософ Демокріт першим запропонував існування атомів у 400 р. До н. Е. Він міркував, що матерію не можна ділити безкінечно і вона повинна складатися з неподільних круглих частинок, що називаються атоми. У 1800 році Джон Далтон дійшов того ж погляду на атомізм, використовуючи експериментальний метод для вивчення газів і сполук. Його теорію називали моделлю твердої кулі, або більярдної кулі.
Модель сливового пудингу
У 1904 р. Британський фізик Дж. Томпсон поставив сливовий пудинг, або булочку із ізюмом, модель атомізму. Він базувався на знанні нещодавно виявлених негативно заряджених субатомних частинок, званих електронами. Експерименти Томпсона з електронно-променевими трубами спонукали його теоретизувати існування крихітних частинок всередині атомів, які були основними частинами всіх атомів. Його модель передбачала негативні електрони, або сливи, підвішені в позитивно зарядженому каркасі або пудинг.
Дві моделі планетарної орбіти
З 1910 по 1911 рік Ернест Резерфорд запропонував планетарну, або ядерну, модель атома. Він вважав, що атоми складаються здебільшого з порожнього простору з щільним ядром. Його експерименти включали стрілянину альфа-частинками у золоту фольгу. Він дійшов висновку, що позитивне ядро містить більшу частину маси атома. За допомогою своєї моделі орбіти Нільс Бор уточнив ідею атома як крихітної Сонячної системи в 1913 році. У моделі Бора були електрони, що обертаються навколо ядра в оболонкових шарах.
Електронна хмарна модель
Луї де Бройль та Ервін Шродінгер розробили електронну модель, або квантово-механічну модель. Вони засновували модель на проривах фізичної галузі квантової механіки. Замість електронів на нерухомих орбітах хмарна модель має орбіти, визначені розподілом ймовірностей навколо ядра. Залежно від їх спостереження та вимірювання, електрони могли знаходитись у різних місцях, іноді одночасно.