גרעין האטום, חלק האטום שבו מרוכזת כמעט כל המסה שלו; קוטרו קטן ב-100,000 בקירוב מקוטר האטום כולו, והוא בסדר גודל של מיליונית המיליונית של ס"מ. מטענו החשמלי חיובי, והוא כפולה שלמה של מטען הפרוטון. לגרעין יש מומנט מגנטי - תגובתו להפעלת שדה מגנטי דומה לתגובת מחט מגנטית. כמו"כ יש לו ספין, המייצג את התנע הזוויתי שלו. בעת שהחלה להתבסס בקהילה המדעית ההכרה כי יש לאטום קיום ממשי, ערך ארנסט רת'רפורד ניסויים בהפצצת יריעה דקיקה של זהב בחלקיקי אלפא. הוא מצא כי מרבית החלקיקים הללו חלפו דרך היריעה כאילו היתה שקופה לפניהם, מקצתם עברו אותה אך שינו את כיוון תנועתם תוך כדי כך, ואחרים הוחזרו ממנה כאילו נתקלו במחסום קשיח. מכאן הסיק רת'רפורד שרוב נפחו של האטום הוא חלל ריק, שחלקיקי אלפא יכולים לעבור דרכו...
