นอกเหนือจากการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์แล้วทฤษฎีจำนวนหนึ่งเกี่ยวกับอะตอมยังได้รับการพัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์และมีอิทธิพลต่ออารยธรรมมนุษย์โดยเฉพาะอย่างยิ่งการนำความก้าวหน้าในสาขาฟิสิกส์เคมีและชีววิทยา ด้วยการพัฒนาวิทยาศาสตร์ของอะตอมเราสามารถค้นหาว่าการจัดเรียงของอะตอมหรือการที่อะตอมทำปฏิกิริยาต่อกันเพื่อสร้างพันธะได้อย่างไร
หนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ที่พัฒนาแบบจำลองอะตอมจากนักวิทยาศาสตร์รุ่นก่อนคือเออร์เนสต์รัทเทอร์ฟอร์ด (2454) ที่รู้จักกันในชื่อทฤษฎีอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด ในทฤษฎีอะตอมนี้รัทเทอร์ฟอร์ดกล่าวว่าอะตอมมีนิวเคลียสอยู่ตรงกลางหรือมักเรียกว่า necleus ล้อมรอบด้วยเมฆของอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ ทฤษฎีอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ดมีพื้นฐานมาจากการทดลองโดยการยิงทองชั้นบาง ๆ (ฟอยล์) โดยใช้อนุภาคอัลฟา (a)
ก่อนหน้านี้มีการพบอนุภาคแอลฟาซึ่งเป็นอนุภาคที่มีประจุบวกและเคลื่อนที่ตรงมีอำนาจทะลุทะลวงมากจนสามารถทะลุกระดาษแผ่นบาง ๆ ได้ การทดลองนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อทดสอบความคิดเห็นของ JJ Thomson เกี่ยวกับว่าอะตอมนั้นเป็นลูกของแข็งที่เป็นบวกจริง ๆ หรือไม่และเมื่อสัมผัสกับอนุภาคแอลฟามันจะสะท้อนหรือโค้งงอ
จากการสังเกตของรัทเทอร์ฟอร์ดพบว่าอนุภาคแอลฟาส่วนใหญ่ผ่านแผ่นฟอยล์ทองคำโดยไม่มีการโค้งงอซึ่งพื้นที่ส่วนใหญ่ในอะตอมว่างเปล่า นอกจากนี้ยังมีอนุภาคน้อยมากที่ถูกเบี่ยงเบนออกจากทางกล่าวคือประจุบวกของอะตอมใช้พื้นที่น้อยมาก เมื่อส่วนที่มีขนาดเล็กของอนุภาค-αหักเหโดย 1800 นั่นคือประจุบวกทั้งหมดและมวลอะตอมของทองคำจะกระจุกตัวอยู่ในปริมาตรที่เล็กมากภายในอะตอมซึ่งเรียกว่านิวเคลียส
(อ่านเพิ่มเติม: ทำความรู้จักกับทฤษฎีอะตอมของทอมสัน)
ข้อดีของทฤษฎีอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ดนั้นเข้าใจง่ายเพื่ออธิบายโครงสร้างอะตอมที่ซับซ้อนมากสามารถอธิบายรูปร่างของวิถีอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสของอะตอมและสามารถอธิบายการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส
น่าเสียดายที่ทฤษฎีอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ดมีจุดอ่อนหลายประการซึ่งทฤษฎีนี้ไม่สามารถอธิบายความเสถียรของอะตอมได้ ตามกฎของไฟฟ้ากระแสไฟฟ้าอิเล็กตรอนจะต้องปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอันเป็นผลมาจากการแผ่รังสี พลังงานของอิเล็กตรอนจะต้องลดลงอย่างต่อเนื่องและวิถีของอิเล็กตรอนจะกลายเป็นเกลียวซึ่งพามันไปยังนิวเคลียสและส่งผลให้อะตอมต้องยุบตัวลง แต่ก็ไม่เกิดขึ้นเลย
จุดอ่อนอีกประการหนึ่งคือทฤษฎีอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ดไม่ได้อธิบายถึงความเสถียรของอะตอม โดยที่อิเล็กตรอนที่หมุนอยู่จะสูญเสียพลังงานและตกลงสู่นิวเคลียสในที่สุดซึ่งเป็นไปไม่ได้
