Nors W. Prout dar 1815 pareiškė, kad visų elementų A. sudaro vienodos pagrindinės substancijos, vandenilio A., vis dėlto jo hipotezė buvo atmesta ir pamiršta. Visą XIX a. A. laikė kietais, jokiomis priemonėmis nesuskaidomais trupinėliais. Antroje XIX a. puseje gausūs elementų spektrų tyrinėjimai ir tų spektrų įvairumas vertė fizikus manyti, kad A. yra sudėtingos sąjamos. Antra vertus, nuosakus elementų fizinių ir cheminių savybių pasikartojimas rodė juos esant bendros kilmės. Jau M. Fara-day (1836—1837) nustatė glaudų ryšį tarp elektros ir materijos. Buvo įrodyta, kad elektrolituose elementai yra susijungę su elektra pastovių ir kartotinių santykiu dėsniais. Heimholtz 1881 paskelbė, kad elektra, nelyginant materija, yra atominės struktūros ir kad yra mažiausias, toliau nebedalijamas elektros kiekis, arba elektros A. J. J. Thomson 1896 pačiupo tą elektros kiekį, neigiamos elektros A., ir pavadino jį elektronu. Jis nustatė elektrono masę, įlydį (krūvį), skersmenį ir įrodė, kad elektronas yra bendra sudėtinė visų rūšių medžiagos A. dalis. 1896 buvo pastebėtas urano druskos radioaktingumas ir buvo atrasti nauji stipriai radioaktingi elementai polonis ir radis. Tolimesnieji tyrimai parodė, kad radioaktingų elementų A. savaime skyla, dideliu greičiu išmesdami elektronus ir teigiamas alfa deleles. Teigiamų dalelių masė esanti lygi helio A. masei. Kad visų elementų A. sudėtinė dalis yra neigiamos elektros A. arba elektronas, o A. yra elektriškai neutralus, tai reikėjo surasti teigiamąją elektros A. dalį. Thomsono, Rutherfordo, Loddy ir kt. darbai nustatė, kad bet kurio A. teigiamoji sudėtinė dalis yra vandenilio A., apkrautas teigiamos elektros kiekiu, lygiu neigiamos elektros kiekiui. Vandenilio A., apkrautas sakytu teigiamos elektros kiekiu, buvo pavadintas protonu. Nustatyta, kad bet kurį A. sudaro vienodi protonų ir elektronų skaičiai. Pirmutinį protonų ir elektronų A. ryšio vaizdą davė XIX a. pabaigoje Kelvin (1892 W. Thomsom pakeltas lordu Kelvinu). Jis manė, kad teigiamasis A. branduolys yra kamuolinis, o elektronai yra įterpti į tą kamuolį, šitą Thomsono-KelVi-no hipotezę vad. statiniu A. modeliu. Šiuo modelio susidarymo negalėjo suderinti su tolimesniais tyrimais, ir jis netiko elementų spektrams aiškinti.
Kinetinė dujų teorija leido dujų būklei nustatyti vidutinį laisvą molekulų ir A. kelią ir gana tiksliai apskaičiuoti A. skersmenį lygų 108cm Rutherfcrd leido alfa dalelių spiečių per plonas metalų plokšteles ir nustatė, kad nurodyto dydžio A. erdvė esanti pripildyta ne ištisai ir kad esama dar labai didelių (lyginant su A. matais) tuščių protarpių. Jis nustatė, kad alfa dalelės priartėja prie A. centro ligi 10 -is cm nuotolio. Taip priartėjus, jas atstumia A. centras pagal Columbo dėsnį, ir jos išeina, savo kelio linkme sudarydamos tam tikrą kampą. Atseit, A. centras, arba A. branduolys, derinant su visu A., yra labai mažas ir yra apkrautas teigiamąja elektra. Rutherfordo tyrimai leido apskaičiuoti teigiamą A. branduolio krūvį (įlydį) esant proporcingą eiliniam skaičiui periodinėje elementų sistemoje. Tą patį nustatė Moseley, tirdamas budingus elementams Roent-geno spindulių spektrus. Remdamasis gausingais tyrimų daviniais, Rutnerford sukū-rė A. modelį.
Visų elementų A. sudaro teigiama elektra apkrautas branduolys. Apie tą branduolį apvaliomis ar eiipsiskomis orbitomis dideliu greičiu skrieja elektronai. Branduolyje yra susispietusi Visa A. masė. Skriejančių apie branduolį elektronų skaičius yra lygus eiliniam A. numeriui periodinėje elementų sistemoje. Pvz. vandenilis turi 1 elektroną, heiis 2 elektronus ir 1.1. Pats paskutinis, 92-sis, elementas periodinėje sistemoje yra uranas. Apie jo branduolį skrieja 92 elektronai. Atseit, A. yra nelyginant labai maža Saulės sistema su planetomis, kurias valdo tie patys Kepiero dėsniai. A. skersmuo 10cm yra išorinių elektronų orbitų skersmuo, kuris yra itin didelis, lyginant jį su branduolio skersmeniu. Rutherfordo A. modelis Bohro patobulintas, laikosi iki šių dien-4. Elektromagnetinių bangų šviesos teorija rodo, kad elektronų virpesiai yra ne kas kita, tik šviesos bangų versmė. Virpėdamas arba skriedamas orbita, elektronas atiduoda energiją — išspinduliuoja ją šviesos pavidalu. Atseit, elektrono energija mažėja; elektronas artėja prie branduolio ir pagaliau turėtų į branduolį nukristi. Antra vertus, tokių elektronų virpėjimų emisijos spektrai turėtų būti ištisiniai, kaip įkaitintų arba kietų kūnų spektrai. Tačiau grynų elementų spektrai yra linijiniai, šitą nesutapimą pašalino Bohr. Jis Rutherfordo A. modeliui ėmė taikinti Plancko kvantų teoriją. Bohr sako, kad elektronai skrieja aplink branduolį ne visomis galimomis orbitomis, bet tik tam tikromis, vad. statinėmis, arba kvantų orbitomis. Bet kurioje statinėje orbitoje elektronas turi pastovų, ribotą energijos kiekį. Jis gali skrieti ta pačia orbita labai ilgai, visai energijos nenustodamas ir neįgaudamas jos. Antras Bohro samprotavimas: elektronas gali kristi arba peršokti nuo vienos statinės orbitos ant kitos. Tuo atveju jis tik atiduoda energiją arba įima ją. Elektronas, krisdamas nuo išorinės orbitos ant gilesnės, vidinės orbitos energiją paleidžia. Šita elektrono paleistoji energija išeina spinduliais