Atom
Kemajuan lebih jauh pada pemahaman mengenai atom dimulai dengan berkembangnya ilmu kimia. Pada tahun 1661, Robert Boyle mempublikasikan buku "The Sceptical Chymist" yang berargumen bahwa materi-materi di dunia ini terdiri dari berbagai kombinasi ""corpuscules"", yaitu atom-atom yang berbeda. Hal ini berbeda dengan pandangan klasik yang berpendapat bahwa materi terdiri dari unsur-unsur udara, tanah, api, dan air. Pada tahun 1789, istilah "element" ("unsur") didefinisikan oleh seorang bangsawan dan peneliti Perancis, Antoine Lavoisier, sebagai bahan dasar yang tidak dapat dibagi-bagi lebih jauh lagi dengan menggunakan metode-metode kimia.
Pada tahun 1803, John Dalton menggunakan konsep atom untuk menjelaskan mengapa unsur-unsur selalu bereaksi dalam perbandingan yang bulat dan tetap, serta mengapa gas-gas tertentu lebih larut dalam air dibandingkan dengan gas-gas lainnya. Ia mengajukan pendapat bahwa setiap unsur mengandung atom-atom tunggal unik, dan atom-atom tersebut selanjutnya dapat bergabung untuk membentuk senyawa-senyawa kimia.
Kimia kuantum
Landasan mekanika kuantum dan kimia kuantum adalah model gelombang, di mana suatu atom adalah inti bermuatan positif yang amat kecil dan rapat namun masih dapat dibelah lagi, tidak seperti teori yang selama ini dianut bahwa inti atom merupakan bagian terkecil dari suatu atom yang tidak dapat dibelah lagi, yang dikelilingi oleh elektron. Tidak seperti model sebelumnya, yaitu model Bohr tentang atom, model gelombang menggambarkan elektron sebagai "awan" yang bergerak dalam orbitalmengelilingi inti atom, dan letaknya dinyatakan dengan distribusi kebolehjadian dari titik-titik diskrit. Kekuatan model ini terletak pada daya ramalnya.