پروتون هاي با بار مثبت و نوترون هاي بدون بار الكتريكي. براي خنثي نگه داشتن كل اتم، تعداد پروتون ها دقيقا با تعداد الكترون ها برابري مي كند.در ١٨٩٠، دو فيزيكدان به طور جداگانه، شروع به كاوش در فضاي داخل اتم نمودند. اولي، جوزف تامسون  نخستين ذره ي زير اتمي – الكترون - را كشف كرد كه در همين حين، يكي از شاگردان او به نام ارنست رادرفورد، آغاز به كاوش در پديده ي جديد راديواكتيويته، كه در آن اتم از يك نوع به نوعي ديگر تبديل مي شد نمود. اين كاوش ها سرانجام به كشف هسته ي اتم، در همكاري با هانس گايگر ( كه با شمارگر راديواكتيويته ي گايگر مشهور است) و ارنست مارسدن در ١٩١٠-١٩٠٩ منتهي گرديد. سپس رادرفورد دريافت كه ذرات با بار مثبت موجود در هسته ي اتم، با هسته ي هيدروژن يكسان اند. او اين ذرات را پروتون ناميد. و در ١٩٣٢، جيمز چادويك نشان داد كه هسته ها بايد شامل نوترون ها هم باشند. از آن زمان به بعد بود كه رادرفورد و همكاران او، تصوير نوين اتم را بنا نهادند. اين تنها شروع ماجرا بود. الكترون، پروتون و نوترون اعضاي پيش قراول رژه ي باشكوه ذرات زير اتمي بودند. در خلال دهه هاي ١٩٣٠و ٤٠، بسياري از فيزيكدانان به مطالعه ي تابش كيهاني – بارش مداوم ذرات زير اتمي پر انرژي كه از فضا نشات مي گرفتند – پرداختند. برخورد هاي تابش هاي كيهاني پر انرژي با ذرات جو زمين، موجب واپاشي هاي هسته اي مي شود كه آنها موجب توليد انواع جديدي از ذرات كوتاه عمر مي شوندكه تنها از طريق رد هاي بجا مانده در آشكارسازهاي حساس قابل مشاهده اند پادماده يكي از ذرات اسرار آميز ي كه در ١٩٣٢ توسط كارل آندرسن در انيستيتو ي تكنولوژي كاليفرنيا كشف شد،پوزيترون  بود.

 وجود پوزيترون در آغاز معمايي بود كه توسط فيزيكدان تئوري دانشگاه كمبريج با نام پل ديراك حل شد. بر طبق نظريه ي ديراك، پوزيترون ذره ايست با خواصي دقيقا متضاد با يك الكترون و به همين علت به آن نام پادالكترون را دادند. اين نظريه نشان مي داد كه يك الكترون و پوزيترون چگونه مي توانند به همراه هم از انرژي خالص توليد شوند؛ البته به شرط آنكه انرژي مورد بحث، بر طبق رابطه ي اينشتين – E=mc٢- بتواند مقدار جرم اين دو ذره را تامين كند.

.اگر اين دو ذره با هم برخورد كنند، ذره و پادذره ناپديد شده و تنها انرژي بر جاي مي ماند – اين عمل نابودي متقابل را نابودي زوج مي نامند. آزمايش ها نشان داده اند كه بقيه ي ذرات، مانند پروتون ها، نوترون هاو موئون ها نيز داراي پادذره ي مخصوص به خود هستند. در اوايل دهه ي ١٩٥٠، مطالعه روي ذرات بنيادي، تبديل به شاخه اي از فيزيك شد كه به حق نام فيزيك ذراتيافت.