Les découvertes d'électrons, de protons et de neutrons ont été faites respectivement par J. J. Thomson, Ernest Rutherford et James Chadwick. Elles ont été échelonnées sur une période de 35 ans.
J. J. Thomson a découvert l'électron en 1897 grâce à ses études sur les rayons cathodiques, dont il a découvert qu'ils étaient composés de particules chargées négativement beaucoup plus petites que les atomes. En 1911, Ernest Rutherford a suggéré que les atomes contiennent également une charge positive centrale, constituant la majeure partie de leur masse. En 1932, James Chadwick a pu calculer la masse (et prouver l'existence) des neutrons en les envoyant à la cire de paraffine et en déterminant l'énergie des protons qu'ils ont déplacés.
