A neutron felfedezése
1930-ban Bothe és Becker 
sugarakkal bombáztak berilliumot és azt tapasztalták, hogy igen erős sugárzás keletkezett. Chadwick 1932-ben megismételte a kísérletet és észrevette, hogy a sugárzás fél méter vastag ólomlemezen is áthatol. Ha azonban parafinlemezbe kerül, ott elnyelődik. Chadwick úgy magyarázta a jelenséget, hogy a régóta keresett neutronokból áll a sugárzás, amelyeket az részecskék löktek ki a berillium atommagjából. (A ködkamrában olyan fonalnyomokat okoztak, amelyek ott keletkeztek és ott is végződtek. Ez csak úgy lehetséges, ha a semleges neutron meglök egy ködkamrabeli atommagot, amely ionokat kelt, azok pedig gyors rekombináció útján újra eltűnnek. A neutron ugyanis nem tudja ionizálni az atomokat.)
Az atommag
A Rutherford-féle kísérlet és a neutron felfedezése után kezdett összeállni a teljes kép az atomról. A magot protonok és neutronok alkotják, mérete 10-15 m nagyságrendű. Az atommagot elektronfelhő veszi körül, az atom átmérője kb. 10-10 m. A mag alkotóelemeit közös néven nukleonoknak nevezzük. A benne lévő protonok száma azonos az elem periódusos rendszerbeli rendszámával (Z), ez határozza meg egyértelműen az adott elemet. A neutronok száma (N) a He-tól kezdődően nagyobb vagy egyenlő a protonok számánál. Ez szolgálja az atommag stabilitását a protonok közti taszítóerő ellenében. A protonok és neutronok számának összege adja az atom tömegszámát (A). A=Z+N. Ugyanazon kémiai elem különbözö neutronszámú -így egyúttal különbözö tömegszámú- változtait az adott kémiai elem izotópjainak nevezzük. Ezen izotópok, habár kémiai tulajdonságaikban megegyeznek, magfizikai tulajdonságaikban alapvetöen különbözők.
Az atommag sűrűsége kb 1011kg/cm3. Ebből az anyagból 1 cm3 -nyit véve, tömege megegyezne egy 300 m oldalélű vaskockáéval, ez több mint 200 millió tonna.
A nukleonok közt egészen furcsa természetű, eddig ismeretlen erők, az ún. magerők hatnak. A nukleonok közti kölcsönhatást erős kölcsönhatásnak nevezzük. Ez független a töltéstől, tehát neutron és neutron közt ugyanolyan erősségű, mint proton-proton vagy proton és neutron közt. Rövid hatótávolságú (10-15m), csak a szomszédos részecskék közt hat. Vonzó jellegű, közvetítői a mezon nevű részecskék.
Az atommag tömege kisebb, mint alkotórészei tömegének összege. A tömegek különbsége egyenértékű a magot összetartó kötési energiával. Mivel a kölcsönhatás nagyon erős, ezért a magok átalakítása során óriási energiák szabadulnak fel. Az egy nukleonra jutó kötési energia mutatja meg, hogy mely atommagok hasítása ill. egyesítése jár energiafelszabadulással.
A természetben különösen gyakran fordulnak elő a 2, 8, 20, 28, 50, 82 és 126 (mágikus számok) proton- vagy neutronszámú elemek. Ezek rendre a He, O, Ca, Ni, Sn, Pb és a 126 neutronszámú Bi. Ennek az a magyarázata, hogy a magban is egy héjszerkezetnek megfelelően helyezkednek el a nukleonok.
A protonok stabil részecskék, míg a neutronok nem. Élettartamuk kb. 17 perc. Ezután elbomlanak egy protonra, egy elektronra és egy antineutrinóra. Az egyenlet:
A legújabb eredmények szerint a nukleonok sem oszthatatlan részecskék, ún. kvarkokból állnak. Ezen öt részecske Gell-Mann ötlete nyomán született meg, létezésüket azóta kísérletek is igazolták. Nevük: u(up), d(down), s(strange), c(charmed) és b(beauty). Feltételezik egy hatodik kvark, a t(truth) létezését is. Az u, c, t kvarkok töltése az elemi töltés 2/3 része, a d, s és b kvarkok töltése pedig az elemi töltés -1/3-szorosa. A proton két u és egy d kvarkból áll, a neutron pedig két d és egy u kvarkból.
