Po odkryciu elektronów przez Johna Thomsona postulat, zgodnie z którym atom miał być niepodzielny upadł. Elektrony okazały się bowiem składnikami atomów. Potrzebny był nowy model, który tłumaczyłby prawa rządzące światem w skali mikro.

Naukowcem, który taki model stworzył był nie kto inny jak odkrywca elektronu - Joseph John Thomson. Uważał on, że każdy atom jest zbudowany z jednorodnej kuli elektryczności dodatniej. Wewnątrz tej kuli znajdują się ujemne elektrony. Aby dokładniej wyjaśnić jak wyglądają atomy Thomsona rozpatrzmy taki atom, w którym znajdują się trzy elektrony. Te trzy elektrony znajdujące się w wewnątrz kuli, muszą być w niej rozmieszczone symetrycznie - w wierzchołkach trójkąta równobocznego. Gdy elektrony są w spoczynku, siły odpychania między nimi muszą być równoważone przez przyciąganie przez dodatnio naładowaną kulę. Odległość spoczywających elektronów od środka kuli, aby siły te równoważyły się wynosi 0,57 promienia kuli. Jeżeli jednak elektrony obiegają środek kuli, to pojawia się dodatkowo siła odśrodkowa, która odsuwa je dalej od środka. W miarę wzrostu prędkości odległość ta zwiększa się, aż w pewnym momencie elektrony opuszczą wnętrze kuli. Przy dalszym wzroście prędkości będą one krążyć po orbitach dookoła kuli, aż w pewnym momencie odlecą od niej - atom ulegnie rozerwaniu. Po dostarczeniu do atomu odpowiedniej energii, która zostanie zamieniona na energię kinetyczną elektronów atom zostanie rozerwany.

Thomson rozpatrywał następnie atomy z coraz większą liczbą elektronów. Musiały one być tak rozłożone, aby była zapewniona równowaga. Dla czterech takich cząsteczek ułożeniem równowagi będą wierzchołki czworościanu foremnego. Tak więc elektrony będą układać symetrycznie się na powierzchni kuli współśrodkowej z kulą elektryczności dodatniej. Jednak układ taki zapewnia równowagę tylko wówczas, gdy liczba elektronów jest nieduża (do siedmiu lub ośmiu). Jeżeli cząsteczek ujemnych jest więcej to dzielą się one na dwie grupy, które układają się na powierzchniach dwóch współśrodkowych z dodatnią kulą ciał. Przy dalszym zwiększaniu liczby elektronów w atomie, cząsteczki podzielą się na trzy grupy i tak dalej. Thomson stwierdził, że w pewnym momencie problem staje się zbyt złożony do obliczeń.

Model atomu zaproponowany przez Thomsona został nazwany modelem "ciasta z rodzynkami".

Model "ciasta z rodzynkami" nie przetrwał zbyt długo. W 1909 roku Ernest Rutherford wraz ze swoimi studentami przeprowadził eksperyment, który pokazał, że model ten jest błędny. Eksperyment polegał na skierowaniu wiązki cząsteczek alfa (mają one ładunek dodatni) na cieniutką złotą folię. W czasie przechodzenia przez folię cząsteczki były rozpraszane w różnych kierunkach dzięki oddziaływaniu z atomami złota. Naukowcy wyznaczali kierunki rozpraszania. Oczywiście teoria Thomsona przewidywała efekt rozpraszania, jednak wkrótce okazało się, że przewidywania te różniły się od danych zebranych w doświadczeniu. Najbardziej zaskoczyło Rutherforda zaobserwowanie kilku cząsteczek alfa, które zostały "odbite" od złotej folii i poruszały się w kierunku przeciwnym do pierwotnego. Model "ciasta z rodzynkami" nie dopuszczał takiego zjawiska.

W 1911 roku Rutherford przeprowadził teoretyczną analizę kątów rozproszenia zgodnie z teorią atomu Thomsona i zgodnie z wysuniętą przez siebie teorią, w której założył, że atomy zbudowane są z dodatnio naładowanego jądra i ujemnie naładowanych elektronów krążących wokół niego. Następnie teoretycznie obliczone wyniki porównał z wynikami eksperymentu. Powolna cząsteczka alfa padająca na warstwy atomów zbudowanych zgodnie z modelem "ciasta z rodzynkami", w którym atomy przylegałyby do siebie najprawdopodobniej zostałaby zatrzymana i nie mogłaby przeniknąć przez złotą folię. Z kolei szybka cząstka przenikałaby przez cienką folię w zasadzie prawie nie odchylona, gdyż pole elektryczne wewnątrz atomów byłoby słabe i w miarę jednorodne. W modelu Rutherforda pole to jest znacznie silniejsze (bliżej jądra - gdzie jest skupiony cały dodatni ładunek), a więc niektóre cząstki alfa są znacznie bardziej odchylana. Inne natomiast, przechodzące daleko jądra, są prawie nie odchylane. Prawdopodobieństwo trafienia cząsteczki alfa w jądro jest małe, ale również istnieje.

Dane zebrane w doświadczeniu dowodziły poprawności modelu Rutherforda. Atom składa się więc z jądra o rozmiarach 10^-15-10^-14 metra. Znajduje się w nim, cały ładunek dodatni i właściwie cała masa atomu. Dookoła jądra po obszarze o rozmiarach rzędu 10^-10 metra krążą lekkie elektrony. Elektrony muszą krążyć wokół jądra po orbitach, aby przyciągane przez ładunki dodatnie nie spadły na jądro. Wielkość jądra jest ponad 10000 razy mniejsza od wielkości całego atomu. Jednakże skupia ono w sobie prawie całą masę atomu (ponad 99,9%!).

Model Ernesta Rutherforda został nazwany modelem "planetarnym" (elektrony obiegają jądro podobnie jak planety obiegają Słońce). Bardzo dobrze tłumaczył on zebrane dane doświadczalne. Jednak nadal pozostawało kilka znaków zapytania. Zgodnie z klasyczną mechaniką poruszający się dookoła jądra elektron powinien emitować falę elektromagnetyczną. Emisja taka jest związana z ucieczką pewnej energii z układu elektron-jądro. Elektron zmniejszając swoją energię zmniejsza jednocześnie odległość od jądra. Powinien on więc poruszać się nie po okręgu lecz po spirali i ostatecznie zderzyć się z jądrem. Takiego zjawiska jednak nie obserwowano. Atomy większości pierwiastków są trwałe. Inny problem dotyczył emitowanego przez atom promieniowania - problemem tym zajmiemy się na następnej stronie. Równie poważne było pytanie, dlaczego jądro atomowe mające duży ładunek dodatni nie rozpada się.