- W 1896 r. angielski fizyk Joseph Thomson, badając przewodnictwo elektryczne gazów rozrzedzonych stwierdził, że z katody wylatują niewidzialne "promienie katodowe" wywołujące świecenie szkła. Promienie te ulegały odchylaniu w polu elektrycznym i magnetycznym, co świadczyło, że był to strumień cząstek obdarzonych ładunkiem elektrycznym. W ten sposób doszło do odkrycia elektronów.

- W roku 1896 francuski fizyk Henri Becquerel zauważył przypadkowo, że próbka soli uranylowej wysyła niewidzialne promieniowanie działające na klisze fotograficzne podobnie jak światło. Okazało się wkrótce, że również uran metaliczny jest źródłem takiego promieniowania. Odkrycie to nie wywołało jednak większego zainteresowania wśród fizyków zafascynowanych wówczas raczej promieniami X odkrytymi w 1895 r. przez niemieckiego fizyka Wilhelma Konrada Roentgena. Nie wiadomo, jak by się dalej potoczyła historia fizyki, gdyby nie Maria Skłodowska - Curie i jej mąż Piotr Curie, którzy rozpoczęli systematyczne badania nad promieniotwórczością uranu. Już w 1898 r. badacze ci wykryli w rudzie uranowej dwa nowe pierwiastki promieniotwórcze, którym nadano nazwy rad i polon. Podobne badania rozpoczął też w Anglii fizyk nowozelandzki Ernest Rutherford.

- W 1899 r. Rutherford stwierdził, że "promienie uranowe" mają dwie składowe różniące się znacznie przenikliwością. Składową mniej przenikliwą określił jako promieniowanie alfa, a bardziej przenikliwą jako promieniowanie beta.

- W 1900 r. francuski fizyk Paul Villard odkrył jeszcze trzecią, najbardziej przenikliwą, składową promieni uranowych. Nazwał ją promieniowaniem gamma.

- W 1902 r. Ernest Rutheford i Frederic Soddy zauważyli, że emisji promieniowania alfa lub beta towarzyszy zawsze przekształcanie się określonych pierwiastków w inne. Jednakże dopiero po odkryciu jądra atomowego zrozumiano, że promieniowanie alfa jest to strumień jąder atomów helu, promieniowanie beta to strumień elektronów pochodzenia jądrowego, a promieniowanie gamma to fotony krótkofalowego promieniowania elektromagnetycznego.

Naładowane dodatnio cząstki alfa stały się wkrótce znakomitym narzędziem w dalszych badaniach struktury materii i zachodzących w niej przemian. Śledząc rozpraszanie tych cząstek na folii ze złota zauważono, że niektóre z nich przelatywały przez folię, nie zmieniając w ogóle kierunku lotu, inne zaś ulegały rozproszeniom pod różnymi kątami. Analiza wyników takich doświadczeń dokonana przez E. Rutheforda w 1911 r. doprowadziła go do wniosku, że wewnątrz atomów muszą istnieć jakieś, prawie punktowe, centra rozproszeń cząstek alfa. W tego rodzaju centrach musi być skupiony cały ładunek dodatni i prawie cała masa atomu. W ten sposób nastąpiło odkrycie jąder atomowych. Pojawiło się jednak od razu pytanie, gdzie wobec tego znajdują się elektrony odkryte przez J.J. Thomsona? Kwestię tę rozstrzygnął fizyk duński Niels Bohr postulując planetarny model atomu. Według tego modelu elektrony krążą wokół jądra po określonych orbitach, podobnie jak planety wokół Słońca. Pełne zrozumienie struktury atomów i rządzących nimi praw stało się jednak możliwe dopiero dzięki mechanice kwantowej.

- W 1919 r. E. Rutheford, bombardując nadal cząstkami alfa różne substancje, doprowadził do przemiany jądra azotu w jądra tlenu. Była to pierwsza w historii transmutacja jednego pierwiastka w inny dokonana przez człowieka.

- W 1932 r. fizycy niemieccy Walter Bothe i Herbert Becker bombardując cząstkami alfa płytkę berylową zauważyli, że emituje ona "promieniowanie berylowe" o niespotykanych dotąd właściwościach.
Naturę tego promieniowania wyjaśnił fizyk angielski James Chadwick. Przyjął, że jest to strumień cząstek elektrycznie neutralnych o masach porównywalnych z masą protonu. Tak zostały odkryte neutrony.

Neutrony stały się dla fizyków kolejnym ważnym narzędziem badawczym. Dzięki ich neutralności elektrycznej nie są one odpychane przez pole kulombowskie jąder atomowych, w odróżnieniu od cząstek alfa. Wykorzystał to włoski fizyk Enrico Fermi bombardując neutronami jądra prawie wszystkich znanych wówczas pierwiastków. W ten sposób udało mu się wytworzyć sztucznie wiele nowych izotopów promieniotwórczych. W wyniku podobnych doświadczeń nad oddziaływaniem neutronów z jądrami uranu, z końcem 1938 r. doszło do odkrycia zjawiska rozszczepiania tych jąder. Odkrycie to otworzyło drogę do wyzwalania energii utajonej w jądrach atomowych.

- W 1934 r. Frederic Joliot i Irene Joliot-Curie zauważyli, że w wyniku bombardowania takimi cząstkami folii aluminiowej zaczyna ona emitować cząstki wtórne jonizujące powietrze. Strumień tych cząstek nie zanikał od razu, lecz zmniejszał się wykładniczo, z czasem połowicznego zaniku około 3 minuty. Wkrótce potem stwierdzono, że był to strumień pozytonów odkrytych dwa lata wcześniej w promieniowaniu kosmicznym przez Carla D. Andersona. Wspomniane fakty świadczyły, że w aluminium, bombardowanym cząstkami alfa, tworzy się izotop promieniotwórczy.

- W 1942 r. Enrico Fermi i Leon Szilard doprowadzili do kontrolowanej reakcji łańcuchowej rozszczepień jąder uranu, a w 1945 r. nastąpiły wybuchy pierwszych bomb jądrowych nad Hiroszimą i Nagasaki.
Po zakończeniu II Wojny Światowej ukonstytuowała się w USA Komisja Energii Atomowej mająca za zadanie promowanie osiągnięć fizyki jądrowej dla celów pokojowych. Wkrótce też, bo już w latach pięćdziesiątych, uruchomiono pierwsze elektrownie jądrowe w USA, ZSRR, Wielkiej Brytanii i Francji.

- W 1955 r. w Genewie, pod auspicjami ONZ, odbyła się pierwsza międzynarodowa konferencja poświęcona pokojowemu wykorzystaniu energii atomowej. Ujawniono w niej wiele szczegółów dotyczących badań jądrowych prowadzonych dotąd w tajnych ośrodkach badawczych. Tak rozpoczęła się w naszej historii era techniki jądrowej.

- W 1956 r. Clyde Cowan i Frederic Reines potwierdzili doświadczalnie istnienie neutrin elektronowych, co postulował Wolfgang Pauli już w 1931 r.

- W 1957 r. Rudolf Mossbauer odkrył bezodrzutową emisję i absorpcję fotonów gamma przez jądra atomów związanych w sieci krystalicznej. W tym samymm roku Robert Hofstadter, za pomocą wiązek przyspieszonych elektronów, wykazał przestrzenny rozkład ładunku elektrycznego i momentu magnetycznego wewnątrz nukleonów.

- W 1958 r. nastąpiło w Genewie spotkanie ekspertów w celu opracowania międzynarodowego układu o zakazie próbnych wybuchów jądrowych w atmosferze. W pracach tego zespołu brali udział dwaj profesorowie krakowskiej Akademii Górniczo - Technicznej Marian Mięsowicz oraz Leopold Jurkiewicz.
W tym też roku 1958 doszło do drugiej konferencji genewskiej w sprawie pokojowego wykorzystania energii atomowej.

Równolegle z badaniami doświadczalnymi prowadzono również prace teoretyczne. Aage Bohr, Benjamin Mottelson i James Rainwater rozwinęli teorię struktury jądra w oparciu o model powłokowy.
- W 1964 r. Murray Gell - Mann przedstawił hipotezę kwarków, zweryfikowaną doświadczalnie 10 lat później. Doprowadziło to do sformułowania nowej kwarkowo - gluonowej teorii sił jądrowych określanej obecnie jako chrodynamika kwantowa.