वैज्ञानिकों ने यह जानने के बाद कि परमाणु मौजूद हैं, यह पता लगाने की कोशिश शुरू कर दी कि वे वास्तव में कैसे दिखते हैं। शुरुआती मॉडल काफी सरल थे, लेकिन प्रत्येक ने हमारे आधुनिक समझ की नींव रखी।

1897 में जे.जे. थॉमसन ने इलेक्ट्रॉन की खोज की। यह एक बड़ी बात थी क्योंकि इसने दिखाया कि परमाणु अविभाज्य नहीं थे, बल्कि उनके छोटे हिस्से थे। इस खोज के आधार पर, उन्होंने एक मॉडल प्रस्तावित किया जिसे अक्सर "प्लम पुडिंग" मॉडल कहा जाता है।

उन्होंने कल्पना की कि परमाणु धनावेश का एक गोला है जिसमें ऋणात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉन "प्लम" की तरह जड़े हुए हैं। कुल मिलाकर, परमाणु उदासीन था, क्योंकि धनात्मक और ऋणात्मक आवेश एक दूसरे को संतुलित करते थे। यह परमाणु संरचना का पहला प्रमुख मॉडल था।

थॉमसन का मॉडल एक महत्वपूर्ण कदम था, लेकिन यह प्रयोगात्मक परीक्षण पर खरा नहीं उतर सका। अगला बड़ा कदम उनके एक पूर्व छात्र अर्नेस्ट रदरफोर्ड ने उठाया।

1909 में, रदरफोर्ड ने गीगर और मार्सडेन के साथ मिलकर एक ऐसा प्रयोग किया जिसने परमाणु की हमारी समझ को हमेशा के लिए बदल दिया। उन्होंने एक पतली सोने की पन्नी पर अल्फा कणों (धनावेशित कण) की एक किरण फेंकी और देखा कि वे कहाँ जाते हैं।

थॉमसन के मॉडल के अनुसार, उन्हें उम्मीद थी कि कण सीधे पन्नी से होकर गुजरेंगे, शायद थोड़े विक्षेपण के साथ। ऐसा इसलिए था क्योंकि मॉडल में धनावेश पूरे परमाणु में फैला हुआ था, जो अल्फा कणों के पथ को ज्यादा प्रभावित करने के लिए पर्याप्त मजबूत नहीं था।

परिणाम आश्चर्यजनक थे। अधिकांश अल्फा कण सीधे निकल गए, जैसा कि अपेक्षित था। लेकिन, कुछ कण बड़े कोणों पर विक्षेपित हो गए, और कुछ तो लगभग सीधे वापस उछल गए!

रदरफोर्ड ने बाद में कहा, "यह मेरे जीवन की सबसे अविश्वसनीय घटना थी। यह लगभग उतना ही अविश्वसनीय था जितना कि आपने 15 इंच के तोप के गोले को टिशू पेपर के एक टुकड़े पर दागा और वह वापस आकर आपको ही लग गया।"

इन आश्चर्यजनक परिणामों की व्याख्या करने के लिए, रदरफोर्ड ने एक नया परमाणु मॉडल प्रस्तावित किया। उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि परमाणु का अधिकांश भाग खाली जगह है। परमाणु का लगभग सारा द्रव्यमान और संपूर्ण धनावेश एक बहुत छोटे, घने केंद्र में केंद्रित होता है, जिसे उन्होंने नाभिक कहा।

इस मॉडल में, इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर परिक्रमा करते हैं, ठीक उसी तरह जैसे ग्रह सूर्य के चारों ओर परिक्रमा करते हैं। इसे "ग्रहीय मॉडल" कहा गया।

हालाँकि, रदरफोर्ड के मॉडल में भी समस्याएँ थीं। शास्त्रीय भौतिकी के अनुसार, एक त्वरित आवेशित कण (जैसे एक परिक्रमा करने वाला इलेक्ट्रॉन) को लगातार ऊर्जा उत्सर्जित करनी चाहिए। इसका मतलब यह होगा कि इलेक्ट्रॉन ऊर्जा खो देगा और अंततः नाभिक में गिर जाएगा। लेकिन ऐसा नहीं होता है। परमाणु स्थिर होते हैं। इस पहेली को हल करने के लिए एक नए मॉडल की आवश्यकता थी, जो हमें क्वांटम यांत्रिकी की दुनिया में ले जाएगा।