居裏夫人是曆史上第一個獲得兩項諾貝爾獎的女性，而且是僅有的兩個在不同的領域獲得諾貝爾獎的人之一。在第一次世界大戰時期，居裏夫人倡導用放射學救護傷員，推動了放射學在醫學領域裏的運用。之後，她曾在1921年赴美國旅遊並為放射學的研究籌款。居裏夫人由於過度接觸放射性物質於1934年7月4日在法國上薩瓦省逝世。在此之後，她的大女兒伊雷娜·約裏奧·居裏（Irène JoliotCurie）獲1935年諾貝爾化學獎。她的小女兒艾芙·居裏（Eve Curie）在她母親去世之後寫了《居裏夫人傳》。在20世紀90年代的通貨膨脹時期，居裏夫人的頭像曾出現在波蘭和法國的貨幣和郵票上。化學元素鋦（Cm）就是為了紀念居裏夫婦所命名的。居裏夫人發表的著名的《我的信念》已經收入我國初中語文課本。她的核心思想是認為科學家努力探索科學奧秘不是為了追求物質利益。
當放射性現象由射線管產生轉變到發現有放射性物質後，人們對原子的認識開始有了實質性的進步。
放射性物質就是可放出“某些粒子”的原子。這些粒子後來被稱為α、β粒子。這些放射性粒子飛行速度很快，可穿透物質。這種穿透能力很快應用於探索原子內部構造的工具，實驗結果出現的現象很有趣，也促使人們進一步思考物質的微觀結構。
1909年，在物理學家歐內斯特·盧瑟福的指導下，菲利普·倫納德用氦離子轟擊金箔。發現有很小一部分離子的偏轉角度遠遠大於湯姆遜所預測的值。盧瑟福根據這個金鉑實驗的結果指出，原子中大部分質量和正電荷都集中在位於原子中心的原子核當中，電子則像行星圍繞太陽一樣圍繞著原子核。帶正電的氦離子在穿越原子核附近時，就會被大角度地反射。這就是原子核的核式結構。
1911年，盧瑟福為了解釋這一實驗結果，提出一個新的原子模型。他證明，原子中帶正電的部分必須集中於一個非常小而重的原子核裏，而電子則如行星繞日般圍著原子核運動，原子核與電子間有很大空隙。用這一模型算出的數值，與實驗結果是相符合的。這一原子模型基本奠定了現代物理學中關於原子的基本結構模式。
歐內斯特·盧瑟福被公認為是20世紀最偉大的實驗物理學家，在放射性和原子結構等方麵都做出了重大貢獻。他還是最先研究核物理的人。除了理論上非常重要以外，他的發現還在很大範圍內有重要的應用，如核電站、放射標誌物及運用放射性測定年代。
盧瑟福，1871年8月30日生於新西蘭納爾遜的一個手工業工人家庭，並在新西蘭長大，後進入新西蘭的坎特伯雷學院學習，23歲時，獲得了3個學位，即文學學士、文學碩士、理學學士。1895年，在新西蘭大學畢業後，盧瑟福獲得英國劍橋大學的獎學金進入卡文迪許實驗室，成為湯姆遜的研究生，他提出了原子結構的行星模型，為原子結構的研究做出很大的貢獻。1898年，在湯姆遜的推薦下，擔任加拿大麥吉爾大學的物理教授，他在那兒呆了9年，於1907年返回英國，出任曼徹斯特大學的物理係主任。1919年，接替退休的湯姆遜擔任卡文迪許實驗室主任，1925年，當選為英國皇家學會主席。1931年，受封為納爾遜男爵，1937年10月19日因病在劍橋逝世，與牛頓和法拉第並排安葬，享年66歲。
當然，在這方麵取得進展並做出貢獻的，還有一批極其優秀的科學家，正是他們開創了核物理的量子時代。
1911年，美國物理學家密立根等人通過精確的實驗測出了單個電子的電荷質量。除了盧瑟福，當時丹麥的物理學家波爾和奧地利物理學家泡利也相繼提出了原子結構模型。
1913年，在進行有關對放射性衰變產物的實驗中，放射化學家弗雷德裏克·索迪發現對於元素周期表中的每個位置，往往存在不隻一種質量數的原子。瑪格麗特·陶德創造了同位素一詞，來表示同一種元素中不同種類的原子。在關於離子氣體的研究過程中，湯姆遜發明了一種新技術，可以用來分離不同的同位素，最終導致了穩定同位素的發現。
同年，物理學家尼爾斯·玻爾重新研究了盧瑟福的模型，並將其與普朗克及愛因斯坦的量子化思想聯係起來。他認為電子應位於原子內確定的軌道之中，並且能夠在不同軌道之間躍遷，而不是像先前認為的那樣可以自由地向內或向外移動。電子在這些固定軌道間躍遷時，必須吸收或者釋放特定的能量。這種電子躍遷的理論能夠很好地解釋氫原子光譜中存在固定位置的線條，並將普朗克常數與氫原子光譜的裏德伯常量建立起了聯係。玻爾的原子結構模型比盧瑟福的原子模型又進了一步，很快為當時科學界所普遍接受。
1916年，德國化學家柯塞爾在考察大量事實後得出結論，任何元素的原子都要使最外層滿足8電子穩定結構。
1919年，物理學家盧瑟福在α粒子（氦原子核）轟擊氮原子的實驗中發現了質子。弗朗西斯·威廉·阿斯頓使用質譜證實了同位素有著不同的質量，並且同位素間的質量差都為一個整數。這被稱為整數規則。
1923年，美國化學家吉爾伯特·牛頓·路易斯發展了柯賽爾的理論，提出共價鍵的電子對理論。路易斯假設，在分子中來自於一個原子的一個電子與另一個原子的一個電子以“電子對”的形式形成原子間的化學鍵。這在當時是一個有悖於正統理論的假設，因為庫侖定律表明，兩個電子間是相互排斥的。但路易斯的這種設想很快就為化學界所接受，並導致原子間電子自旋相反假設的提出。
1926年，薛定諤使用路易斯·德布羅意於1924年提出的波粒二象性的假說，建立了一個原子的數學模型，用來將電子描述為一個三維波形，但是在數學上不能夠同時得到位置和動量的精確值。
1926年，沃納·海森堡提出了著名的測不準原理。這個概念描述的是對於測量的某個位置，隻能得到一個不確定的動量範圍，反之亦然。盡管這個模型很難想像，但它能夠解釋一些以前觀測到卻不能解釋的原子的性質，如比氫更大的原子的譜線。因此，人們不再使用玻爾的原子模型，而是將原子軌道視為電子高概率出現的區域（電子雲），從而確立了現代原子論的原子基本結構特征。
對於核外電子數是基本固定的原子，如何能形成雲狀外殼，可以借助雜技中的火流星來理解。雜技火流星的表演是將一條兩端有火籃的繩子轉動起來，使火光在高速轉動中因視覺暫留現象而形成光的圓形圖案。當這種轉動的速度極高時，光可以形成一個圓形球體，但實際上隻有兩個光點（火籃）。同時，根據質量與動量在高速下可以轉換的原理，這時的圓形外殼已經具有實體的性質，如水潑不進。同理，即使隻有一條輪輻的輪子，在高速旋轉或靜止時，輪圈內的任何部位都不可以伸手進去基本是空間的，這證明高速運動的物體，即使是一個點，它的軌跡已經具有實體性質。對於電子這樣極高速運動的粒子，就等同於在核外有了圓球狀外殼一樣。事實正是如此。
2.2.4 原子分子論
在電子、質子、中子和放射性元素被發現和認識以後，原子的麵貌終於完全暴露了出來。我們由此可對原子分子論有一個本質上的認識。但是在曆史上，不要說社會大眾，科學家們開始也難以在原子分子學說上取得一致意見。
早期的每個化學家都按自己的理解，分析出一套元素符號和化學式的寫法，以至於在著名化學家凱庫勒編寫教科書時，發現可以表示醋酸的化學式竟然達19個之多。這種混亂的情況使許多著名的化學家懷疑原子量是否能測定，原子量究竟是否存在。這實際上是對原子論提出懷疑。如此混亂的情況顯然不利於科學的發展。
為了結束這一混亂局麵，統一大家對元素符號、原子量、化合價、化學式的認識，由凱庫勒等人發起並召開了一次國際化學家大會。會議於1860年9月3日～5日在德國的卡爾斯魯厄舉行，來自歐洲各國的140名化學家出席了會議。會議經過激烈的爭論，沒有取得統一的意見，隻好不了了之，但在會議就要結束時，會下散發了一本名叫《化學哲學教程提要》的小冊子。就是這本小冊子使情況豁然明朗，很快統一了大家的認識。化學家們終於明白，承認阿伏伽德羅的分子假說是扭轉這一混亂局麵的唯一方法。
2.2.5 阿伏伽德羅常數
阿伏伽德羅（Ameldeo Avogadro，1776—1856年），是意大利物理學家、化學家，1776年8月9日生於都靈的一個貴族家庭，1792年8月9日進入都靈大學學習法學，1796年獲法學博士，以後從事律師工作，1800～1805年又專門攻讀數學和物理學，之後主要從事物理學、化學研究。1803年，他發表了第一篇科學論文。1809年，他任韋爾切利學院自然哲學教授。1811年，他被選為都靈科學院院士。正是在這一年，他提出了分子由原子構成，同體積氣體在同溫同壓下含有同數目的分子，被稱為阿伏伽德羅定律。
因此，阿伏伽德羅是第一個認識到物質由分子組成、分子由原子組成的科學家。
1811年，他發表了題為《原子相對質量的測定方法及原子進入化合物時數目之比的測定》的論文，以蓋·呂薩克氣體化合體積比實驗為基礎，進行了合理的假設和推理，首先引入了“分子”的概念，並把它與原子概念相區別，指出原子是參加化學反應的最小粒子，分子是能夠獨立存在的最小粒子。單質的分子是由相同元素的原子組成的，化合物的分子則由不同元素的原子所組成。該文明確指出，“必須承認，氣態物質的體積和組成氣態物質的簡單分子或複合分子的數目之間也存在著非常簡單的關係。把它們聯係起來的一個、甚至是唯一容許的假設，是相同體積中所有氣體的分子數目相等”。這樣就可以使氣體的原子量、分子量以及分子組成的測定與物理上、化學上已獲得的定律完全一致。阿伏加德羅的這一假說後來被稱為阿伏加德羅定律。此後的實驗證實他的這種推測是正確的。進一步研究表明，1摩爾（mol）微粒（分子、原子、離子、電子等）都有相同微粒數，即6.02310×23個。這個數就是阿伏加德羅常數。
阿伏伽德羅還根據他的這條定律詳細研究了測定分子量和原子量的方法，但他的方法長期不為人們所接受。這是由於當時科學界還不能區別分子和原子，分子假說很難被人理解，再加上當時的化學權威們拒絕接受分子假說的觀點，致使他的假說默默無聞地被擱置了半個世紀之久。這無疑是科學史上的一大遺憾。直到1860年，意大利化學家康尼查羅在前麵提到的國際化學會議上慷慨陳詞，聲言他們國家的阿伏伽德羅在半個世紀以前已經解決了確定原子量的問題，並散發了他撰寫的小冊子《化學哲學教程提要》。康尼紮羅以充分的論據、清晰的條理、易懂的方法，很快使大多數化學家相信阿伏伽德羅的學說是普遍正確的。但這時，阿伏伽德羅已經在幾年前默默地去逝了，未能親眼看到自己學說獲得科學界的公認。
阿伏伽德羅生前非常謙遜，對名譽和地位從不計較。他沒有到過國外，也沒有獲得任何榮譽稱號，但是在他死後卻贏得了人們的崇敬，1911年，為了紀念阿伏伽德羅定律提出100周年，在紀念日頒發了紀念章，出版了阿伏伽德羅選集，在都靈建成了阿伏伽德羅的紀念像並舉行了隆重的揭幕儀式。1956年，意大利科學院召開了紀念阿伏伽德羅逝世100周年紀念大會。在會上，意大利總統將首次頒發的阿伏伽德羅大金質獎章授予兩名著名的諾貝爾化學獎獲得者：英國化學家邢歇伍德、美國化學家鮑林。他們在致詞中一致讚頌了阿伏伽德羅，指出“為人類科學發展做出突出貢獻的阿伏伽德羅永遠為人們所崇敬”。
2.2.6 革命者化學家康尼查羅
康尼查羅1826年7月26日出生在意大利西西裏島一個行政官員的家庭，在中學時代學習就很努力，其中算術曾獲得過金質獎章，15歲時結束了中學教育，根據他當時的誌願，進入了巴勒摩大學醫學係。開始時他對各門功課都有興趣，後來，由於巴黎科學院院士、生物學教授弗德拉的影響，他迷上了生理學。在弗德拉的指導下，他研究的第一個課題是輸入神經與輸出神經間的區分。在1845年那不勒斯科學家代表大會上，他關於神經係統研究的論文受到了代表們的好評。當時研究生物學，必須進行化學實驗。然而醫學係的實驗條件極差。康尼查羅隻好時常到老師家做實驗，還在自己的家裏開設了一個簡陋的實驗室。實驗不僅培養了他對化學的興趣，更重要的是使他發現了自己化學知識的不足，從此他的興趣又從生理學轉到化學。
正在這時，巴勒摩大學鬧學潮，康尼查羅是個積極分子，因而被迫離校，弗德拉對此很惋惜，於是介紹康尼查羅到比薩大學繼續深造。在比薩大學，化學教授皮立亞是個很有學問和威望的教授。康尼查羅到校後不久，在實驗中就被皮立亞發現是個有才華的青年，任命他為自己實驗室的助手。為了掌握更多更係統的化學知識，康尼查羅一方麵為皮立亞教授準備課堂實驗，一方麵堅持聽皮立亞開設的無機化學和有機化學課程。實驗和聽課相得益彰，僅僅3年有計劃、有係統的訓練，已經使康尼查羅成為一個基礎知識紮實、實驗技術精湛、學術思想活躍的化學家。
思鄉之情使康尼查羅告別了他敬愛的老師皮立亞，於1847年夏天回到了巴勒摩。此時，西西裏的革命運動正在蓬勃地發展。康尼羅查一回到巴勒摩就奮不顧身地投入革命運動，和他的老師弗德拉一樣成為革命運動的中堅分子。1848年2月，西西裏反對那不勒斯國王斐迪南二世的武裝起義正式爆發，這是波瀾壯闊的1848年歐洲革命的一部分。起義者們經過激戰，把斐迪南二世趕出了西西裏島，建立了臨時革命政府。在戰鬥中，康尼查羅擔任炮兵指揮員，贏得了群眾的信任，被推選為西西裏議會的眾議員，並被任命為眾議院的秘書。好景不長，那不勒斯國王糾集了周圍幾個封建王國的軍隊進行反撲，1849年4月攻占了西西裏全島，起義遭到失敗。康尼查羅參加了最後的抵抗後，不得不流亡到法國。複辟的王朝宣布判處包括康尼查羅在內的12名起義領導人死刑，康尼查羅暫時無法返回家鄉。
在法國流浪的半年中，他仍然抓緊時間考察了裏昂等地的化工企業，學習了在課堂上學不到的許多知識。後經皮立亞和法國化學家卡胡爾介紹，他來到法國化學教授謝福瑞的實驗室工作。在這裏，他認真地開展有機化學的實驗研究，對當時有機化學發展的新進展有了充分的認識。
當時的意大利分裂成八九個小國，康尼查羅雖然暫時不能回到家鄉西西裏島，但是他還是想回到意大利，回到離家鄉近一點的地方。這時，位於意大利北部有個叫皮埃蒙特的國家，在1848年曾支持西西裏的起義，對康尼查羅等革命者十分尊重。1851年，皮埃蒙特政府聘請康尼查羅到當地技術學院任物理、化學和數學教授。他到學院後的第一件事是建立化學實驗室。因為他已充分認識到，沒有化學實驗室是不能創造科學成果的，也不能培養科學人才。就在這個學院，他取得了有機化學的一個重要發現：芳香醛類和堿液作用可轉變為相應的酸和醇。這在教科書上稱為康尼查羅反應，這無論在理論上還是在實際上都有重大意義。1855年，皮埃蒙特最著名的大學——熱那亞大學聘請他為化學教授。在繁忙的教學之餘，他係統、深入地考察了理論化學的發展等問題。《化學哲學教程提要》就是他這一時期的科研成果。