原子是物質的基本單位，是元素的基本結構。「原子」一詞來源於希臘語，意為不可分割，因為人們曾經認為原子是宇宙中最小的物體，不能被分割。我們現在知道原子是由三種粒子組成的：質子、中子和電子，它們是由更小的粒子組成的，比如夸克。
原子是137億年前大爆炸後產生的。當這個炙熱、稠密的新宇宙冷卻時，條件變得適合夸克和電子的形成。夸克聚集在一起形成質子和中子，質子和中子結合成原子核。據歐洲核子研究中心的說法，這一切都發生在宇宙存在的最初幾分鐘內。
宇宙花了38萬年的時間才冷卻到足以減慢電子的速度，這樣原子核才能捕獲電子形成第一個原子。最早的原子主要是氫和氦，它們現在仍然是宇宙中最豐富的元素。引力最終導致氣體雲聚結形成恆星，更重的原子在恆星內部產生，並在恆星爆炸時（超新星）傳遍整個宇宙。
原子粒子
質子和中子比電子重，它們位於原子中心的原子核內。電子非常輕，它們存在於環繞原子核的雲中。根據洛斯阿拉莫斯國家實驗室的說法，電子云的半徑是原子核的1萬倍。
質子和中子的質量大致相同。然而，一個質子的質量大約是一個電子的1835倍，原子的質子數和電子數總是相等的。向原子中加入一個質子就會產生一種新元素，而加入一個中子就會產生該原子的同位素。
原子核
1911年，來自紐西蘭的物理學家歐內斯特·盧瑟福發現了原子核。1920年，盧瑟福提出用質子來表示原子中帶正電荷的粒子。他還建立了一個理論，認為原子核內存在一個中性粒子，英國物理學家、盧瑟福的學生詹姆斯·查德威克(James Chadwick)在1932年證實了這一點。
根據化學教科書的說法，實際上一個原子的所有質量都存在於它的原子核內。組成原子核的質子和中子質量大致相同(質子略小)，角動量或自旋相同。
原子核是由四種基本力之一的強力結合在一起的。有些原子核是不穩定的，因為不同原子的約束力隨原子核的大小而不同。然後這些原子會衰變為其他元素，如碳14衰變為氮14。
質子
質子是原子核內帶正電荷的粒子。盧瑟福是在1911年至1919年的陰極射線管實驗中發現它們的。質子的質量大約是中子的99.86%。
原子中的質子數對每種元素都是唯一的。例如，碳原子有6個質子，氫原子有1個質子，氧原子有8個質子。原子中的質子數被稱為該元素的原子序數。質子數也決定了元素的化學性質。元素按原子序數遞增的順序排列在元素周期表中。
三個夸克組成一個質子——兩個「上」夸克(各帶三分之二的正電荷)和一個「下」夸克(各帶三分之一的負電荷)，它們被稱為膠子的亞原子粒子連在一起，膠子是無質量的。
電子
電子與質子和中子相比很小，比質子或中子小1800多倍。根據傑弗遜實驗室的數據，電子的質量大約是中子的0.054%。
英國物理學家湯姆森在1897年發現了電子。最初被稱為「微粒」的電子帶負電荷，並被帶正電荷的質子所吸引。20世紀20年代，奧地利物理學家歐文·薛丁格(Erwin Schrodinger)提出了電子以軌道的方式環繞原子核的觀點。今天，這個模型被稱為量子模型或電子云模型。原子周圍的內層軌道是球形的，但外層軌道要複雜得多。
原子的電子排布是指一個典型原子中電子的位置。利用電子構型和物理學原理，化學家可以預測一個原子的性質，比如穩定性、沸點和導電性。
中子
根據美國物理學會的報告，中子的存在在1920由盧瑟福提出，1932年由查德威克發現。中子是在原子被射向一片薄鈹片的實驗中發現的。
中子是在所有原子核內發現的非帶電粒子(氫除外)。中子的質量略大於質子的質量。和質子一樣，中子也是由夸克構成的——一個「上」夸克(帶正電荷2/3)和兩個「下」夸克(各帶負電荷1 /3)。
原子的歷史
原子理論至少可追溯到公元前440年，由希臘科學家和哲學家德謨克利特提出。德謨克利特對原子的解釋始於一塊石頭。把一塊石頭切成兩半，就成了同一塊石頭的兩半。如果石頭被不斷地切割，在某一時刻，會存在一塊小到不能再被切割的石頭。「原子」一詞來自希臘文「不可分割」一詞。
根據普渡大學化學系的說法，1803年，英國化學家約翰·道爾頓提出了自己的原子理論。道爾頓的理論包含了德謨克利特的一些觀點，比如原子是不可分割的，不可摧毀的，不同的原子組成在一起創造了所有的物質。道爾頓對這一理論的補充包括以下觀點：某一元素的所有原子都是相同的，某一元素的原子比另一元素的原子具有不同的重量和性質，原子不能被創造或破壞，物質是由原子以簡單的整數組合而成的。
根據化學傳統基金會的說法，1897年發現電子的英國物理學家湯姆森證明了原子是可以分裂的。他能夠通過研究陰極射線管中放電的性質來確定電子的存在。根據湯姆遜1897年的論文，光線在電子管中發生了偏轉，這證明了真空管中有帶負電荷的東西。1899年，湯姆森發表了一篇關於他的原子模型的描述，通常被稱為「葡萄乾布丁模型」。湯姆遜的原子模型包含了大量的電子，這些電子懸浮在產生正電荷的物體上，使原子帶有一個總的中性電荷。
下一個進一步修改和推進原子模型的科學家是盧瑟福，根據普渡大學化學系的說法，他是在湯姆森的指導下學習的。1911年，盧瑟福發表了他的版本的原子，其中包括一個帶正電的原子核被電子環繞。這個模型是盧瑟福和他的助手們用阿爾法粒子發射黃金薄片時產生的。根據傑弗遜實驗室的說法，阿爾法粒子是由兩個質子和兩個中子組成，它們都是由與原子核結合在一起的強大核力維繫在一起的。
科學家們注意到，一小部分阿爾法粒子以非常大的角度分散在原始運動方向，而大多數粒子幾乎沒有受到幹擾。盧瑟福能夠估算出金原子原子核的大小，發現它至少比整個原子的大小小1萬倍，而原子的大部分空間都是空的。盧瑟福的原子模型仍然是今天使用的基本模型。
其他一些科學家進一步發展了原子模型，包括尼爾斯·波爾（建立在盧瑟福模型的基礎上，包括基於氫光譜的電子特性）、歐文·薛丁格（發展了原子的量子模型）、沃納·海森堡（說人們不能同時知道電子的位置和速度），以及穆雷·蓋爾和喬治·茨威格（獨立發展了質子和中子由夸克組成的理論）。