Em 1932, James Chadwick (1891-1974) comprovou a existência do nêutron, partícula que constitui o núcleo atômico, consolidando, assim, os constituintes do átomo.
De acordo com o modelo atômico atual, não é possível determinar a posição exata dos elétrons em torno do núcleo. Fala-se apenas em regiões mais prováveis onde os elétrons podem ser encontrados.
Em 1913, Niels Bohr (1885-1962) propôs os níveis de energia para os elétrons do átomo, o que também permitia explicar certas propriedades da luz emitida por fontes gasosas.
Em 1924, Louis de Broglie (1892-1967) propôs que os elétrons e outras partículas deveriam também apresentarem um comportamento ondulatório. Essa hipótese foi confirmada em 1927 pela observação da difração de elétrons por C. J. Davisson, L. H. Germer e G. P. Thomson.
Os desenvolvimentos tecnológicos do século XX tornaram a realidade atômica observável. Microscópios de tunelamento, que usam uma ponta como a espessura de um átomo para "sentir" a superfície da amostra, permitem, por exemplo, a construção de imagens de átomos individuais.
