Atomun yapısının anlaşılabilmesi için, yapıtaşlarının neler olduğunun ve birbirlerine göre nasıl düzenlendiğinin bilinmesi gerekiyordu. Çekirdek hakkında yeni bilgiler gelmeye başladı. Marie ve Pierre Curie 1898 yılında, uranyum ve toryum üzerinde çalışmaya başlamış ve kendiliğinden bozunma süreçlerine 'radyoaktivite' adını vermişlerdi. Elementleri ayrıştırırken, polonyum ve radyumun da radyoaktif olduğunu keşfettiler.

Ertesi yıl Ernest Rutherford, radyoaktivite kaynaklı ışınlardan bazılarının manyetik alanda, katot ışınlarının tersi yönde kıvrıldığını belirledi. Demek ki elektrik yükleri farklı işaretler taşıyordu. Birincisine alfa, katot ışınlarıyla aynı yönde sapanlara da beta ışınları adını verdi. Radyoaktivite kökenli ışınlardan bazıları ise, manyetik alandan etkilenmiyordu. Yüksüz olması gereken bu ışınlara da, gama ışınları dendi. Malzemelere girginlik yetenekleri farklı farklıydı. Alfa parçacıkları bir kağıt parçası, beta ışınları ise bir aluminyum plaka tarafından durdurulabilirken, gama ışınları ancak kurşun levhalarla durdurulabiliyordu. Rutherford daha sonra, alfa parçacıklarının helyum çekirdeklerinden oluştuğunu keşfetti. 1900 yılına gelindiğinde, Soddy, bazı radyoaktif elementlerin kendiliğinden bozunma sonucunda; ya aynı elementin 'izotop' adını verdiği başka türlerine veya tümüyle yeni elementlere dönüştüğünü saptadı. Yarı ömrü keşfetmiş, bozunma sırasında açığa çıkan enerji miktarları üzerinde bazı hesaplamalar yapmıştı.