A principios del siglo XX, la única noticia en el área de la física que se sabía era que en la estructura del átomo existían electrones.
A pesar de haber sido descubierto por Thomson en 1897, la masa del átomo era aún algo desconocido, haciendo imposible decir cuántos electrones contenía un átomo.
Los físicos han sabido por mucho tiempo que los átomos eran eléctricamente neutros y por eso tenían que contener cargas positivas, pero estas eran todavía desconocidas.
En 1911 Rutherford sugirió, a través de bases de resultados experimentales de su equipo, que esa carga estuviese presente en el centro del átomo, formando un núcleo, responsable por la mayor parte de la masa del átomo.
En aquella época Rutherford ya sabía que ciertos elementos considerados radioactivos se transforman espontáneamente en otros elementos, emitiendo partículas alfa (α), con energía aproximada de 5,5 MeV. Se sabe hoy que esas son partículas del átomo de helio.
La idea era hacer que las partículas alfa incidiesen en una hoja fina de metal a fin de medir el desvío de la trayectoria de las partículas al pasar por el material. El resultado obtenido fue la dispersión extremadamente elevada, próxima de la temperatura de 180 °, lo que fue una gran sorpresa, visto que el ángulo de dispersión es pequeño para la mayoría de las partículas.
La sorpresa de Rutherford fue grande, pues en aquella época en que el experimento fue realizado, la mayoría de los físicos creía en el modelo conocido como pudin de pasas, propuesta por Thomson, donde la carga positiva del átomo estaba uniformemente distribuida en todo el átomo, y los electrones vibraban en torno a posiciones fijas en el interior de esa esfera de carga positiva.
Las ramas de estudio actuales de la física nuclear son básicamente el núcleo atómico y sus propiedades, debido a que estos núcleos tienen propiedades que pueden ser calificadas como de estática y dinámica, siendo que son analizadas a través de modelos nucleares basados en la mecánica cuántica, relatividad y teoría cuántica de campos. El descubrimiento de que los núcleos (protones y neutrones) son, en realidad, sistemas compuestos, redirigió el interés de los físicos nucleares para la investigación de los grados de libertad de quarks y, con esto, actualmente los dominios de investigación de la Física Nuclear y de la Física de las Partículas Elementares se volvieron interconectados.
