德國人博特和他的學生貝克發現中子。博特是世界一流的物理學家、量子論的開山鼻祖——普朗克為數不多的傳人。他學識淵博，對待科學的態度非常嚴謹，獲得物理學界的一致好評。
1928年，博特和貝克用釙-α粒子轟擊鈹靶，想進一步證實盧瑟福所觀察到的蛻變，弄清它們是否伴有高能γ射線的發射。
他們使用電測計數法，發現了一種有穿透性的輻射。這種輻射的強度為其他元素正常輻射的10倍，他們把它解釋為γ射線。然後他們又觀察了鋰和硼的情況，發現所觀察到的γ射線具有能量比入射的α粒子的能量還要大。這與能量守恒定律是相違背的。博特解釋說，這個能量必定來自核蛻變。但是α粒子在作用時並不分解這些元素。當用α粒子轟擊鈹時，發現它雖然放射出非常強大的輻射，但卻不放射出質子。
查德威克得知這一試驗結果後，對鈹的能量來源有些疑問。一般說來，輻射的能量來自原子核，可是在這個實驗中，並未放射出質子，難道放射出了中子？查德威克認為這種可能性很大。於是他帶領學生做同樣的試驗。
小居裏夫婦即居裏夫人的女兒、女婿1931年開始用超強的釙輻射源來研究博特的穿透輻射。1932年1月28日，他們報告一項始料未及的重大觀察結果：這種輻射能使石蠟層放出質子。他們用一個與靜電計相連的電離室發現了這一事實，結果十分奇妙，他們立即想到用雲室來確認。2月22日，他們發表了第二次觀察的結果，證實了這是質子。博特的穿透性γ射線竟然發射質子！這項發現很了不起！由轟擊質子而引起自由粒子射出是著名的電子康普頓效應的一種形式。然而，在一般的康普頓效應中，反衝電子很輕（mc2=0.51MeV），容易被反衝，但是質子的質量是電子質量的1836倍，並不那麼容易被反衝。如果一顆彈子撞擊另一顆彈子，這是容易發生反衝的，但是如果一顆彈子撞擊一輛汽車，汽車就不應該有明顯的移動。可是按照小居裏夫婦對實驗的解釋，汽車也能被推走好遠，這怎麼可能呢？
盧瑟福看了查德威克給他的小居裏的實驗報告，不相信會有這種情況發生，他懷疑這種能量很大的γ輻射線可能是中子輻射。查德威克也有同感。他用鈹輻射源轟擊氫、氦、鋰、鈹、硼、碳、氮、氧，結果表明所有的實驗都打出了質子；用從放射性元素釙中射出的大量粒子轟擊輕金屬鈹的原子核，相互作用當中，噴射出不帶電荷的粒子束，從而分離出了這種長期猜測的粒子。當查德威克使這些粒子穿透含氫豐富的粗石蠟時，它們形成了巨大的能量，可輕易擊破可辨認的質子。查德威克據此提出了假設：鈹輻射不是γ輻射，而是一種質量與質子很接近的粒子的輻射。因為γ輻射是光子輻射，不可能從原子核中打出質子。為了解釋這種輻射強大的穿透力，必須假設粒子沒有靜電荷。他假設它是盧瑟福在1920年講演中所討論的“中子”。查德威克後來做了一係列實驗，證明他的假設是正確的。
查德威克發現了中子，意義重大，不僅改變了當時人們的物質結構的概念，還為研究和變革原子核提供了一種有力的手段，促進了核裂變研究工作的發展和原子能的利用。
希臘的哲學家早在公元前600年就提出了物質是由不可分割的基本單位所構成的，這是原子觀念的萌芽。到了公元18世紀，隨著化學的不斷進步，人們發現各種化合物在產生化學反應時其質量之間恒成一定比例，這為原子的存在提供了一些證據，原子的假說由此應運而生。
到了19世紀末，在化學上有道爾頓的原子說，門捷列夫的周期表；生物學上有細胞說，達爾文的進化論；物理學上力學、光學、熱力學、統計力學、電磁學等近乎完美。威廉·湯姆生在1900年的新年獻詞中說：“在已經基本建設成的科學大廈中，後輩的物理學家隻要做一些零碎的修補工作就行了。”正當人們準備慶祝古典物理大廈落成典禮時，1895年倫琴發現X射線，接著放射性元素和電子的發現，使大廈開始動搖。進入20世紀，科學家開始探索原子內部的奧秘，不僅否定了傳統的原子觀念，還掀開了放射化學研究的新篇章。