La parola "atomo" deriva dal greco (ἀτόμος) "atomos", indivisibile, da (ἀ)-, non, e τόμος, un taglio. La prima menzione storica della parola "atomo" deriva da opere del filosofo greco Democrito, intorno al 400 a.C.. La teoria atomica rimase un argomento per lo più filosofico, con poco approfondimento o studio scientifico, fino allo sviluppo della chimica nel 1650.
Nel 1777 il chimico francese Antoine Lavoisier definì per la prima volta il termine elemento. Egli disse che un elemento era una qualsiasi sostanza di base che non poteva essere scomposta in altre sostanze con i metodi della chimica. Ogni sostanza che poteva essere scomposta era un composto.
Nel 1803, il filosofo inglese John Dalton suggerì che gli elementi erano minuscole, solide sfere fatte di atomi. Dalton credeva che tutti gli atomi dello stesso elemento avessero la stessa massa. Diceva che i composti si formano quando gli atomi di più di un elemento si combinano. Secondo Dalton, in un certo composto, gli atomi degli elementi del composto si combinano sempre allo stesso modo.
Nel 1827, lo scienziato britannico Robert Brown guardò al microscopio i granelli di polline nell'acqua. I granelli di polline sembravano agitarsi. Brown utilizzò la teoria atomica di Dalton per descrivere gli schemi nel modo in cui si muovevano. Questo è stato chiamato movimento browniano. Nel 1905 Albert Einstein utilizzò la matematica per dimostrare che i movimenti apparentemente casuali erano causati dalle reazioni degli atomi, e così facendo provò definitivamente l'esistenza dell'atomo. Nel 1869, lo scienziato russo Dmitri Mendeleev pubblicò la prima versione della tavola periodica. La tavola periodica raggruppa gli elementi in base al loro numero atomico (quanti protoni hanno. Questo è di solito lo stesso numero di elettroni). Gli elementi nella stessa colonna, o periodo, di solito hanno proprietà simili. Per esempio, elio, neon, argon, krypton e xenon sono tutti nella stessa colonna e hanno proprietà molto simili. Tutti questi elementi sono gas che non hanno né colore né odore. Inoltre, non sono in grado di combinarsi con altri atomi per formare composti. Insieme sono conosciuti come i gas nobili.
Il fisico J.J. Thomson è stato il primo a scoprire gli elettroni. Questo avvenne mentre lavorava con i raggi catodici nel 1897. Si rese conto che avevano una carica negativa, a differenza dei protoni (positivi) e dei neutroni (senza carica). Thomson creò il modello del plum pudding, che affermava che un atomo era come il plum pudding: la frutta secca (elettroni) era bloccata in una massa di budino (protoni). Nel 1909, uno scienziato di nome Ernest Rutherford utilizzò l'esperimento Geiger-Marsden per dimostrare che la maggior parte di un atomo si trova in uno spazio molto piccolo chiamato nucleo atomico. Rutherford prese una lastra fotografica e la coprì con una lamina d'oro, e poi vi sparò contro particelle alfa (fatte di due protoni e due neutroni attaccati insieme). Molte delle particelle sono passate attraverso la lamina d'oro, il che ha dimostrato che gli atomi sono per lo più spazi vuoti. Gli elettroni sono così piccoli da costituire solo l'1% della massa di un atomo.
Nel 1913, Niels Bohr introdusse il modello Bohr. Questo modello mostrava che gli elettroni viaggiano intorno al nucleo in orbite circolari fisse. Questo era più preciso del modello di Rutherford. Tuttavia, non era ancora completamente corretto. Sono stati apportati miglioramenti al modello di Bohr da quando è stato introdotto per la prima volta.
Nel 1925, il chimico Frederick Soddy scoprì che alcuni elementi della tavola periodica avevano più di un tipo di atomo. Per esempio, un atomo con 2 protoni dovrebbe essere un atomo di elio. Di solito, un nucleo di elio contiene anche due neutroni. Tuttavia, alcuni atomi di elio hanno un solo neutrone. Questo significa che sono veramente elio, perché un elemento è definito dal numero di protoni, ma non sono nemmeno elio normale. Soddy ha chiamato un atomo come questo, con un numero diverso di neutroni, un isotopo. Per ottenere il nome dell'isotopo guardiamo quanti protoni e neutroni ha nel suo nucleo e aggiungiamo questo al nome dell'elemento. Così un atomo di elio con due protoni e un neutrone si chiama elio-3, e un atomo di carbonio con sei protoni e sei neutroni si chiama carbonio-12. Tuttavia, quando ha sviluppato la sua teoria Soddy non poteva essere certo che i neutroni esistessero davvero. Per dimostrare che erano reali, il fisico James Chadwick e un gruppo di altri crearono lo spettrometro di massa. Lo spettrometro di massa misura effettivamente la massa e il peso dei singoli atomi. In questo modo Chadwick ha dimostrato che per rendere conto di tutto il peso dell'atomo, i neutroni devono esistere.
Nel 1937, il chimico tedesco Otto Hahn divenne la prima persona a creare la fissione nucleare in un laboratorio. Lo scoprì per caso mentre sparava neutroni contro un atomo di uranio, sperando di creare un nuovo isotopo. Tuttavia, notò che invece di un nuovo isotopo l'uranio si trasformava semplicemente in un atomo di bario, un atomo più piccolo dell'uranio. A quanto pare, Hahn aveva "rotto" l'atomo di uranio. Questa è stata la prima reazione di fissione nucleare registrata al mondo. Questa scoperta portò alla fine alla creazione della bomba atomica.
Più avanti, nel XX secolo, i fisici si sono addentrati nei misteri dell'atomo. Usando acceleratori di particelle scoprirono che i protoni e i neutroni erano in realtà fatti di altre particelle, chiamate quark.
Il modello più accurato finora proviene dall'equazione di Schrödinger. Schrödinger si rese conto che gli elettroni esistono in una nube intorno al nucleo, chiamata la nube di elettroni. Nella nube di elettroni, è impossibile sapere esattamente dove si trovano gli elettroni. L'equazione di Schrödinger è usata per scoprire dove si trova un elettrone. Quest'area è chiamata orbitale dell'elettrone.
