原子是否就由电子和质子组成呢？卢瑟福的学生莫塞莱（Henry Gwyn Jeffreys Moseley，1887-1915）注意到，原子核所带正电数与原子序数相等，但原子量却比原子序数大，这说明，如果原子仅由质子和电子组成，它的质量不够，因为电子的质量很小，相比起来可以忽略不计。基于此，卢瑟福在1920年时猜测，原子核中可能还有一种电中性的粒子存在。
　　1932年，英国科学家查德威克（James Chadwick，1891-1974）（左图）重复德国物理学家波特和法国的约里奥-居里夫妇的实验 。他精心设计，先用α粒子轰击铍，再用铍产生的穿透力极强的射线轰击氢、氮，结果打出了氢核和氮核。由于γ 射线不具备将从原子中打出质子所需要的动量，查德威克断定这种射线不可能是γ射线。他测量了被打出的氢核和氮核的速度，并由此推算出了这种新粒子的质量。他认为，只有假定从铍中放出的射线是一种质量跟质子差不多的中性粒子，才能解释。 根据卢瑟福的猜想将其命名为中子。德国科学家海伯森（Werner Karl Heisenberg，1907-1976）（右图）以及前苏联科学家伊凡宁柯（Dimitri Iwanenko，1904-1994）各自独立提出，原子核是由质子和中子组成的。以前的质子-电子模型不能解释许多实验现象，而质子-中子模型可以很好说明原子量与原子序数的关系，很快被人们接受，质子与中子统称为核子 。