Первой экспериментально открытой фундаментальной частицей был электрон. Дж.Дж.Томсон в экспериментах с катодными лучами установил его электрический заряд и массу. Начиная с 1896 года, a, b иg лучи были открыты и исследованы Беккерелем, четой Кюри, Резерфордом, Томсоном и их коллегами. Вскоре было доказано, что b лучи – это поток электронов, a лучи – это поток ядер гелия, и только в 1914 году g -лучи были отождествлены с электромагнитным излучением.

Квантовая эра в физике началась в 1900 году, когда Планк проквантовал материальный осциллятор. Немного позднее Эйнштейн формально ввел кванты света с частицеподобными характеристиками.

В 1910-х были развиты ядерная модель атома (Резерфорд) и первая квантовая теория атома (Бор). В 1920-х физики начали поиски разгадок тайн строения атомного ядра.

Чедвик и Билер обнаружили, что для объяснения полученных ими данных по рассеянию a -частиц на водороде необходимо существование нового типа сил, впоследствии названных сильными взаимодействиями.

В 1925 году Гаудсмит и Уленбек наделили электрон внутренним моментом импульса (спином), а двумя годами позже Деннисон нашел, что протон имеет тот же спин, что и электрон. В этом десятилетии господствовала вера в ядро состоящее из протонов и электронов, несмотря на то, что при всех важных продвижениях в развитии квантовой механики, в этой модели были проблемы (ядерный спин и статистика). Решение проблем пришло с открытием нейтрона Чедвиком в 1931 году.