Atom
Atom dari unsur kimia yang sama memiliki jumlah proton yang sama, disebut nomor atom. Suatu unsur dapat memiliki jumlah neutron yang bervariasi. Variasi ini disebut sebagai isotop. Jumlah proton dan neutron suatu atom akan menentukan nuklida atom tersebut, sedangkan jumlah neutron relatif terhadap jumlah proton akan menentukan stabilitas inti atom, dengan isotop unsur tertentu akan menjalankan peluruhan radioaktif.
Fisika partikel
Pada abad ke-19, John Dalton, melalui karyanya pada stoikiometri, menyimpulkan bahwa setiap unsur alam terdiri dari satu jenis partikel yang unik. Dalton dan sezamannya percaya ini adalah partikel dasar alam dan dengan demikian mereka bernama atom, dari kata Yunani atomos , berarti "tak terbagi". Namun, mendekati akhir abad ini, fisikawan menemukan bahwa atom ternyata bukanlah partikel dasar alam, tetapi gabungan dari partikel-pertikel yang lebih kecil. Penelitian fisika nuklir dan fisika kuantum pada awal abad 20 memuncak pada bukti fisi nuklir pada tahun 1939 oleh Lise Meitner (berdasarkan percobaan oleh Otto Hahn), dan fusi nuklir oleh Hans Bethe pada tahun yang sama. Penemuan-penemuan ini memunculkan industri aktif untuk menghasilkan satu atom dari yang lain, bahkan mungkin melakukan (walaupun tidak menguntungkan) transmutasi timah menjadi emas. Mereka juga mengarah pada pengembangan senjata nuklir. Sepanjang tahun 1950-an dan 1960-an, berbagai partikel ditemukan dalam eksperimen hamburan yang disebut sebagai "kebun binatang partikel". Istilah ini telah ditinggalkan setelah perumusan Model Standar selama tahun 1970-an di mana sejumlah besar partikel itu dijelaskan sebagai kombinasi dari sejumlah partikel fundamental.