در نخستین سال های قرن بیستم ، درباره ساختار اتم ها چیزی فراتر از این واقعیت که آنها شامل الکترونها هستند ، دانسته نشده بود . الکترونها در سال 1276/1897 توسط تامسون کشف شده بود ، ولی جرم آن در آن روزهای آغازین معلوم نبود . بنابراین ، حتی ممکن نبود که تعداد الکترون های باردار منفی موجود در یک اتم معین را مشخص کرد . دانشمندان استدلال می کردند که چون اتم ها از لحاظ الکتریکی حنثی هستند ، آنها باید تعدادی بار مثبت نیز داشته باشند ، ولی هیچ کس نمی دانست که این بار مثبت حنثی کننده چه شکلی دارد.
ارنست راردفورد پیشنهاد کرد که این بار مثبت اتم را به طور متراکم در مرکز اتم است و هسته آن را تشکیل می دهد. و گذشته از این بیشتر جرم اتم مربوط به هسته ی آن است. پیشنهاد رادرفورد صرفا یک حدس نبود ، بلکه مبتنی بر نتایج آزمایشی بود که توسط خود او پیشنهاد شده بود و همکارانش هانس گایگر و ارنست مارسدن ، دانشجویی 20 ساله که هنوز لیسانس خود را نگرفته بود ، آن را به انجام رسانیده بود.
در زمان رادرفورد معلوم شده بود که عنصرهای معینی ، موسوم به پرتوزا ، در یک فرآیند خود به خود با گسیل ذره هایی به عنصر دیگر تبدیل می شوند. یکی از این عنصرها رادن است که ذره های آلفا با انرژی حدود 5.5 MeV گسیل می کند . امروزه میدانیم که این ذره ها ، هسته های هلیوم اند.
نظر راترفورد تاباندن ذره های آلفا پر انرژی به یک ورقه نازک هدف و اندازه گیری میزان انحرافی بود که این ذره ها به هنگام عبور از ورقه ها پیدا می کنند. ذره های آلفا که تقریبا 7300 بار از الکترون ها سنگین ترند.