Para explicar sua hipótese, Dalton elaborou um modelo, já que os átomos não podiam ser vistos. Os modelos não são a realidade, mas uma representação da natureza, uma imagem mental construída a fim de explicar uma teoria a respeito de algum fenômeno que não pode ser visualizado. Um modelo adequado torna possível que se compreenda melhor a natureza e que até mesmo se faça previsões sobre o fenômeno estudado.

 Esse modelo, hoje chamado de modelo atômico de Dalton, era que o átomo seria semelhante a uma bola de bilhar, esférica, maciça e indivisível

 Thomson, a partir de seu modelo, confirmou e provou a existência de elétrons (partículas com carga elétrica negativa) no átomo, ou seja, o átomo possui partículas subatômicas.
Thomson propôs seu modelo atômico tendo como base descobertas relacionadas com a radioatividade e experimentos realizados com o tubo de raios catódicos construído pelos cientistas Geissler e Crookes

O modelo atômico de Rutherford , conhecido como modelo planetário, corresponde a um sistema planetário em miniatura, no qual os elétrons se movem em órbitas circulares, ao redor do núcleo.
Apesar do seu modelo ser bem sucedido ainda estava incompleto pois o elétron que fica em orbita do núcleo ia acabar colidindo  fazendo de o átomo explodisse  

Bohr se baseou também na teoria quântica da energia de Max Planck e nos espectros de linhas dos elementos para criar os seguintes princípios fundamentais:

 Esse último postulado explica porque os fogos de artifício emitem cores diferentes. Cada sal presente nos fogos de artifício possui um cátion de elementos químicos diferentes

Este modelo atômico é conhecido como o modelo mecânico quântico do átomo.

Em 1926 Erwin Schrödinger, um físico austríaco, tomou o modelo de átomo de Bohr um passo adiante. Schrödinger usou equações matemáticas para descrever a probabilidade de encontrar um elétron em uma determinada posição. Este modelo atômico é conhecido como o modelo mecânico quântico do átomo.

Ao contrário do modelo de Bohr, o modelo da mecânica quântica não define o caminho exato de um elétron, mas em vez disso, prevê as chances de a localização do elétron. Este modelo pode ser retratado como um núcleo rodeado por uma nuvem de elétrons. Onde a nuvem mais densa, a probabilidade de encontrar o electrão é o maior, e, inversamente, o electrão representa menos provável de ser numa zona menos densa da nuvem. Ao contrário do modelo de Bohr, o modelo da mecânica quântica não define o caminho exato de um elétron, mas em vez disso, prevê as chances de a localização do elétron. Assim, este modelo introduziu o conceito de níveis de sub-energia.

 Até 1932, acreditava que o átomo fosse composto por um núcleo positivamente carregado rodeado por electrões de carga negativa.

Em 1932, James Chadwick bombardeou átomos de berílio com partículas alfa. Uma radiação desconhecido foi produzida.Chadwick interpretou essa radiação como sendo constituído por partículas com uma carga elétrica neutra e a massa aproximada de um protão. Esta partícula ficou conhecido como o nêutron. Com a descoberta do neutrão, um modelo adequado do átomo tornou-se disponível para os químicos.

Desde 1932, através da experimentação, muitas partículas adicionais foram descobertos no átomo. Além disso, novos elementos foram criados bombardeando núcleos existentes com várias partículas subatômicas.

A teoria atômica foi reforçada pelo conceito de que prótons e nêutrons são feitos de unidades ainda menores chamados quarks. Os próprios quarks são, por sua vez feita de cordas vibrantes de energia.