فیزیک هسته‌ای
بایستی بین فیزیک اتمی و فیزیک هسته ای تفاوت قائل شد. فیزیک اتمی به بررسی ساختار اتم می‌پردازد و بیشتر اوقات می‌کوشد تا به آرایش الکترون‌ها پی ببرد و راهبردهای استفاده از الکترون به هر منظور را کشف و استفاده کند؛ ولیکن فیزیک هسته ای بر روی هسته اتم متمرکز است و سعی بر این دارد که از هسته که حاوی نوکلئون‌ها (پروتون‌ها و نوترون‌ها) و کوارک‌ها (ذرات کوچکتر درون پروتون‌ها و نوترون‌ها) است انرژی بدست آورد. البته کارهای دیگری نیز مانند تعیین نیمه عمر و … هستند که مخصوص فیزیکدانان هسته ای است. با این همه، اکثریت فیزیک اتمی و هسته ای را یکی می‌شمارند.
مکانیک کوانتومی
واژهٔ لاتین کوانتوم در مکانیک کوانتومی از این‌جا می‌آید که این نظریه به بعضی از کمیت‌های فیزیکی (مانند انرژی اتم ساکن) در شرایط خاص مقدارهای گسسته‌ای نسبت می‌دهد. پایه‌های مکانیک کوانتومی در نیمهٔ اول قرن بیستم به کوشش ورنر هایزنبرگ، ماکس پلانک، آلبرت اینشتین، لویی دو بروی، نیلز بور، اروین شرودینگر، ماکس برن، جان فون نویمان، پل دیراک، ولفگانگ پاولی، ریچارد فاینمن و دیگران ساخته شد. بعضی از جنبه‌های بنیادی این نظریه هنوز هم در حال پیشرفت است.