จากแนวคิดสิ่งที่แบ่งแยกไม่ได้

นักปรัชญาชาวกรีก Democritus ได้จินตนาการอะตอมว่ามีขนาดเล็กเกลี้ยง ไม่สามารถที่จะแบ่งเล็กแยกย่อนลงอีก ไม่สามารถเจาะผ่านได้ เปลี่ยนแปลงไม่ได้ นอกจากนั้นเขายังอ้างว่าไม่เพียงแต่จะประกอบกันเป็นสสารต่างๆแล้วยังมีองค์ประกอบทางวิญญาณ วิญญาณอะตอมเป็นสาเหตุให้มีปฏิกิริยาต่างๆในร่างกาย ด้วยการมีเหตุผลที่สมอง มีอารมณ์ที่หัวใจ

สำหรับ Democritus แล้วคิดให้อะตอมทั้งหมดไม่เหมือนกัน การไม่เหมือนกันเป็นผลมาจากความแตกต่างของขนาดและการจัดตัวของอะตอม ในกรณีนี้อย่างน้อยที่สุดทฤษฎีอะตอมในศตวรรษที่ 19 มีความแตกต่างมากไปกว่าการจัดให้เป็นอะตอมที่แตกต่างกัน แต่ถูกจัดแบ่งตามมวลหรือน้ำหนักของมัน เทียบกับอะตอมที่เบาที่สุดของไฮโดรเจนที่กำหนดให้มีค่าเป็น 1 ขณะที่อะตอมออกซิเจนกำหนดให้มีน้ำหนักอะตอม 16 ธาตุที่ทราบอื่นๆ สามารถจัดแบ่งเป็นกลุ่มตามตารางธาตุได้

ด้วยวิธีการดังกล่าว การจัดโมเลกุลของอะตอมสามารถจะตรวจสอบได้ สุดท้ายสามารถจะออกแบบโมเลกุลร่างบนกระดาษ และพัฒนาสารทางเคมี ที่ไม่เพียงแต่พบในธรรมชาติ ทำให้เป็นไปได้ที่จะทำนายการคงอยู่ของธาตุที่ยังไม่ได้ค้นพบ ทฤษฎีอะตอมดูเหมือนจะสมบูรณ์ และเชื่อกันช่วงหนึ่งว่าจะไม่มีอะไรให้ประหลาดใจได้อีกต่อไป

อย่างไรก็ตามในปี 1896 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศษ Antoine Henri Becquerel ค้นพบสารหนึ่งโดยบังเอิญ มีคุณสมบัติที่ยังไม่สามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีอะตอมที่มีอยู่ขณะนั้น โดยเขาได้ศึกษาสารที่มีส่วนผสมของยูเรเนียม จากการทดลองกับรังสี X ซึ่งค้นพบโดย W.C Roentgen (1845-1932) ก่อนหน้านี้ถ้าฉายแสงไปยังสารนั้นสารนั้นจะเริ่มปลดปล่อยแสงออกมาด้วย Becquered คาดว่าแสงนี้น่าจะมีรังสี X อยู่ด้วย ข้อสันนิษฐานนี้ ต่อมาพบว่าไม่ถูกต้อง แต่ก็ได้สังเกตต่อไปว่า แสงที่ได้มีการแผ่รังสีชนิดที่แปลกลึกลับที่สามารถทะลุผ่านกระดาษสีดำ ก่อให้เกิดรอยบนแผ่นฟิล์มด้านหลัง

ได้มีการศึกษาค้นคว้าต่อไปในเรื่องการแผ่รังสี พบว่าเป็นผลจากอะตอมยูเรเนียมที่ปลดปล่อยอนุภาคออกมาราวกับว่าระเบิดออกจากกัน การระเบิดเป็นคำที่อาจทำให้เข้าใจผิดได้ จึงได้สร้างคำใหม่ขึ้นมาอธิบายโดยกล่าวว่ายูเรเนียมเป็นธาตุกัมมันตรังสี จากความรู้เรื่องยูเรเนียม อะตอมที่ปลดปล่อยอนุภาคออกมาได้ ส่งผลให้มโนทัศน์ของอะตอมที่เป็นวัตถุแข็ง เป็นกลุ่มอนุภาคที่มองไม่เห็นจึงผิดไปจากมโนทัศน์เดิม ทำให้เป็นที่ชัดเจนว่าอะตอมยังประกอบด้วยอนุภาคหลายอย่างที่เล็กกว่าอะตอม ซึ่งถูกปลดปล่อยออกมาจากสารกัมมันตรังสีออกมา