Из экспериментов по рассеянию α-частиц Резерфорд заключил, что положительный заряд атома сосредоточен в небольшом тяжелом ядре, радиус которого порядка 10^—15—10^—14 м. Ему не удалось сразу установить, состоит ли ядро из одной положительно заряженной частицы, или оно является системой нескольких положительных зарядов. Чтобы ответить на этот вопрос, Резерфорд продолжил исследования по рассеянию α-частиц на атомах различных элементов.

В 1919 году при бомбардировке атомов азота Резерфорд наблюдал превращение азота в кислород, сопровождающееся излучением положительно заряженных частиц. Вскоре стало ясно, что эти частицы идентичны ядрам водородных атомов. Позже эти частицы Резерфорд назвал протонами. Заряд протона равен по модулю заряду электрона.

Рис. 1. Схема опытов Резерфорда по обнаружению протонов. К — свинцовый контейнер с радиоактивным источником α-частиц, Ф — металлическая фольга, Э — экран, покрытый сульфидом цинка, М — микроскоп

Из этих опытов Резерфорд сделал вывод, что протон входит в состав ядра.

Вторая частица, входящая в состав ядра, была открыта Чедвиком в 1932 году. Чедвик экспериментально исследовал излучение, возникающее при облучении бериллия α-частицами, и обнаружил, что это излучение представляет собой поток нейтральных частиц с массой, примерно равной массе протона. Так был открыт нейтрон.

Рис. 2. Схема установки для обнаружения нейтронов

Сразу же после открытия нейтрона российский ученый Д. Д. Иваненко и немецкий физик В. Гейзенберг выдвинули гипотезу о протонно-нейтронном строении атомных ядер, которая полностью подтвердилась последующими опытами. Протоны и нейтроны теперь принято называть нуклонами (от лат. nucleus — ядро).