Rutherford atom modeli, eksi yüklü elektronların birbirleriyle ve artı yüklü çekirdekle olan çekim sayesinde atomda tutulabildiklerini açıklıyordu. Ancak bu modelde, elektronların atomda tam olarak nerede yer aldığı açıklanamıyordu. Bu sorunun yanıtını 1913 yılında Danimarkalı bilim adamı Niels Bohr; Max Plank ve Albert Einstein tarafından geliştirilen kuvantum kuramını uygulayarak verdi.

Bohr atom modeline göre, her bir elektron belli bir enerji düzeyinde yer alır. Aynı gezegenlerin güneş çevresinde belli yörüngelerde dizilip hareket ettikleri gibi, elektronlar da çekirdeğin çevresinde belli yörüngelerde hareket eder. Bu yörüngeler ya da enerji düzeyleri çekirdekten belli uzaklıklarda yer alır.

1920'ler boyunca kuvantum mekaniğinin gelişimi, atomlardaki elektronların rolleriyle ilgili bütün soruların yanıtlanmasını sağladı. 1932 yılında nötronun keşfedilmesiyle de atomun modern resmi çizilmiş oldu.