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当我们查阅元素周期表时，我们可以自信地谈论氦或氧原子中的电子数量，轻松地陈述任何元素的核子数。但在经历了简单的算术计算后，我们也能找出任何原子中的中子和质子数。尽管我们从未亲眼见过原子的模样，它们虽受干扰但从未被直接观察。那么，我们如何能够准确地了解它们的构成以及是否还存在其他成分呢？
要解答这个问题，我们必须认识到一个事实：在所有的化学反应中，自古以来人们所使用的并不是精确的数量，而是比率和比例。早在古希腊时代，人们在执行某些实验和化学反应时，所使用和获得的产品的体积和质量都是整数倍的关系。
之后，科学家在测量电子的电荷时，发现了电荷值：4.8、6.4、8.0、1.6，这些电荷值都是一个最小数值的倍数，这个最小数值为1.610^-19。对原子结构理解的首个重大突破是认识到原子具有质量。进一步的研究表明，氢原子的质量是原子中最小的，并被用作常规单位。
其他研究指出，每个原子中的质子数等于电子数，而且氢原子的质量是电子的1836倍。由此得出结论：电子仅占据原子质量的极小部分。基于这一事实，不同的原子模型被提出，并且不断演变和改进。
随后，当科学家能够理解元素周期表中的序列号与元素电荷之间的关系时，电荷与原子质量（现称为核子数）之间的不一致变得明显。平均而言，实际电荷几乎是预测电荷的两倍。于是出现了关于不带电荷但质量接近或等于质子的粒子的理论。这个粒子被称为中子。
在1932年，詹姆斯查德威克发现了中子，这是原子中的第三个且之前未知的元素。它的质量与之前的预测非常接近，即尽可能接近质子的质量。正如预测的那样，所研究的原子核中的中子数量基本上等于质子数量或仅相差一。由于原子中的质子数量与电子数量相同，并且它们与中子一起构成了原子的几乎全部质量，因此我们可以从质量数中推断出质子的数量，并确定原子中中子的数量。
电子、质子和中子并不能简化为不可分割的球状形式，它们的结构要复杂得多。
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