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.
فیزیک اتمی
یکی از اولین قدم‌ها به سوی فیزیک اتمی، تشخیص تشکیل ماده بود. از "اتم ها". این بخشی از متون نوشته شده در قرن ششم قبل از میلاد تا قرن دوم قبل از میلاد است، مانند متون دموکریتس یا ساتورا نوشته کاناد. این نظریه بعداً به معنای امروزی واحد اساسی یک عنصر شیمیایی توسط شیمیدان و فیزیکدان بریتانیایی جان دالتون در قرن 18 توسعه یافت. در این مرحله، مشخص نبود که اتم‌ها چه هستند، اگرچه می‌توان آن‌ها را بر اساس ویژگی‌هایشان (به صورت عمده) توصیف و طبقه‌بندی کرد. اختراع سیستم تناوبی عناصر توسط مندلیف گام بزرگ دیگری به جلو بود. آغاز واقعی فیزیک اتمی با کشف خط طیفیها و تلاش برای توصیف این پدیده مشخص شده است،. مطالعه این خطوط منجر به مدل اتم بور و تولد مکانیک کوانتومی شد. در تلاش برای توضیح طیف های اتمی، یک مدل ریاضی کاملاً جدید از ماده آشکار شد. تا آنجا که به اتم‌ها و لایه‌های الکترونی آنها مربوط می‌شود، این نه تنها توصیف کلی بهتری داشت، یعنی مدل مداری اتمی، بلکه مبنای نظری جدیدی برای شیمی (شیمی کوانتومی) و طیف‌سنجی. از زمان جنگ جهانی دوم، هر دو زمینه نظری و تجربی با سرعتی سریع پیشرفت کردند. این را می توان به پیشرفت در فناوری محاسبات نسبت داد، که به مدل های بزرگتر و پیچیده تر از ساختار اتمی و فرآیندهای برخورد مرتبط اجازه داده است. پیشرفت‌های فن‌آوری مشابه در شتاب‌دهنده‌ها، آشکارسازها، تولید میدان مغناطیسی و لیزر به کارهای تجربی کمک زیادی کرده است.