在探索原子奧秘的征途中，發現電子是一大勝利，發現原子核又是一大勝利，它們都是物理學發展中的裏程碑。隻有在發現了電子和原子核之後，才有可能建立正確的原子理論，對光譜作出合理的解釋。
原子核的存在是盧瑟福在多年研究射線的基礎上，經過周密分析和計算後作出理論判斷的。
盧瑟福原是新西蘭人。1895年到英國劍橋大學卡文迪什實驗室當研究生。他的導師就是電子的發現者J．J．湯姆生。他和湯姆生一起，研究X射線對空氣的遊離作用。貝克勒爾發現鈾輻射的消息促使他轉向鈾輻射。1898年，為了比較X線和軸輻射在穿透本領上的差別，他用鋁片擋在鈾輻射的麵前，觀測經鋁片吸收後的輻射強度。就在這個實驗中，盧瑟福發現鈾輻射有兩種不同的成分，穿透本領相差懸殊。他把容易吸收的成分叫做a射線，穿透本領強的叫做β射線。
不久，貝克勒爾證明β射線帶負電，在磁場中會受偏折，後來又確定β射線就是高速電子流，和陰極射線沒有本質區別。
1900年，法國物理學家維拉德發現，在鈾輻射中還有一種成分，比β射線穿透本領強得多，但卻不受磁場偏轉。他把這種成分叫做丁射線。後來也搞清楚了，它是比X射線頻率更高的一種電磁輻射。
對於盧瑟福來說，他要研究的是射線與物質的相互作用，他意識到射線要有重要價值，因為它比其他射線更易於吸收。在發現這些射線之後，他就集中精力搞清射線的性質和來源。為此，他做了大量實驗，其中關鍵的有兩個：
1.電磁偏轉實驗。放射性物質（鐳）擱在容器的底部，射線由下而上，經過平行隔板，穿過鋁箔進入金箔驗電器，造成空氣電離，使金箔驗電器原來的偏轉減小，偏轉減小的程度代表了輻射的強度。與此同時，氫氣由上而下，穿過鋁箔和隔板，以驅趕鐳釋放的放射性氣體（氡）。
然後，他在平行隔板區域內垂直紙麵加磁場，果然，電離減小了，說明射線在磁場中也有偏轉。為了判定射線所帶電荷的正負，他在隔板上加了一排小銅條把通道擋去一半，同時改變磁場的方向，直到找到。射線不能通過的條件。從這個實驗，盧瑟福判定射線帶的是正電荷，和陰極射線不同，a射線由帶正電荷的粒子組成的。
盧瑟福進一步又在隔板間加電壓，使a射線在電場的作用下通過隔板，求出不能通過隔板的條件。根據電場和磁場的截止值，求出了a射線的速度與荷質比。
2．光譜實驗。從上麵測得的荷質比，初步得知a粒子與原子相近。還有跡象表明，a粒子可能就是帶電的氦原子。