ความรู้เกี่ยวกับสมบัติทางไฟฟ้าในสมัยโบราณเริ่มขึ้นเมื่อมนุษย์รู้จักนำแท่งอำพันมาถูกับผ้าขนสัตว์แล้วพบว่าแท่งนั้นสามารถดูดของเบาๆได้ นักปราชญ์ในสมัยคริสตศตวรรษที่สิบแปดอธิบายว่า สารทั้งปวงประกอบด้วยของไหลสองอย่าง คือ ไฟฟ้าลบและไฟฟ้าบวก หากเกิดการเสียดสีหรือถู สมบัติทางไฟฟ้าของสารจะปรากฏขึ้น เนื่องจากของไหลทั้งสองมีไม่เท่ากัน
ในปี ค.ศ.1897 เจ เจ ทอมสัน ตั้งสมมุติฐานว่ารังสีแคโทดประกอบด้วยอนุภาค คือ อิเล็กตรอน ทอมสันทำการทดลองหาอัตราส่วนระหว่างประจุต่อมวลของอิเล็กตรอนโดยใช้สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าช่วยได้ 1.75 x 1011คูลอมบ์ต่อกิโลกรัมและพบว่าอัตราส่วนนี้มีค่าคงที่ไม่ขึ้นกับชนิดของก๊าซที่ใช้ แสดงว่าในอะตอมทุกชนิดมีอนุภาคอิเล็กตรอนเหมือนกัน
ใน ค.ศ. 1909 เอ อาร์ มิลลิแกนสามารถหาค่าประจุของอิเล็กตรอนได้โดยการทำการทดลองหยดน้ำมันซึ่งมีประจุภายใต้ความโน้มถ่วงของโลก
จากรูปพบว่าความต่างศักย์ที่เพิ่มขึ้นจะทำให้หยดน้ำมันที่มีประจุเคลื่อนที่ช้าลงเพราะถูกดึงดูดไว้ด้วยขั้วบวก และถ้าเพิ่มความต่างศักย์มากพอจนถึงค่าหนึ่ง จะทำให้หยดน้ำมันหยุดนิ่งได้ แสดงว่าแรงจากสนามไฟฟ้าและแรงเนื่องจากความโน้มถ่วงเท่ากันพอดี
ถ้าเราทราบค่าความต่างศักย์และน้ำหนักของหยดน้ำมัน เราก็สามารถหาค่าประจุบนหยดน้ำมันได้ ซึ่งพบว่ามักมีค่าเป็นเลขจำนวนเต็มคูณกับค่าประจุที่เล็กที่สุดเสมอ (เป็นจำนวนเท่าของ 1.60x10-19 คูลอมบ์) เมื่อกำหนดค่าประจุของอิเล็กตรอนดังกล่าวและจากค่าอัตราส่วน(e/m)ของทอมสัน เราก็สามารถทราบได้ว่าน้ำหนักของอิเล็กตรอนคือ 9.11x10-31 ซึ่งปรากฎว่าเบากว่าอะตอมที่เบาที่สุด คือ ไฮโดรเจนราว 1/2000 เท่า
จากผลการทดลองเหล่านี้แสดงว่าอิเล็กตรอนในอะตอมเป็นหน่วยที่เล็กที่สุดและยังสนับสนุนว่าอิเล็กตรอนเป็นอนุภาคซึ่งแบ่งย่อยต่อไปไม่ได้อีกด้วย
ใน ค.ศ.1896 แบคเคอเรลพบว่าเกลือของยูเรเนียมเปล่งรังสีซึ่งสามารถทะลุผ่านกระดาษสีดำที่ใช้หุ้มแผ่นฟิล์มและทำให้แผ่นฟิล์มดำได้ โดยเขาเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า กัมมันตภาพรังสี
สองปีต่อมา มารี คูรี และปิแอร์ คูรีแยกธาตุกัมมันตรังสีออกจากยูเรเนียมได้สองธาตุ คือ พอโลเนียม และ เรเดียม ต่อมาจึงมีการยอมรับว่าอะตอมไม่ใช่อนุภาคที่แบ่งแยกไม่ได้
ภายหลัง รัทเธอร์ฟอร์ดได้พบรังสีอีก 3 ชนิด จากธาตุกัมมันตรังสี คือ รังสีแอลฟา เบตา และแกมมา โดยที่รังสีแอลฟาประกอบด้วยนิวเคลียสของฮีเลียม รังสีเบตาเป็นลำอิเล็กตรอนและ รังสีแกมมาเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเหมือนรังสีเอกซ์แต่มีความถี่สูงกว่า
