Chaque modèle successif d'anatomie et de construction atomiques était basé sur le précédent. Philosophes, théoriciens, physiciens et scientifiques ont progressivement développé le paradigme atomique au cours de plusieurs siècles. Plusieurs modèles hypothétiques ont été proposés, modifiés et finalement rejetés ou acceptés. De nombreux scientifiques et penseurs ont fait des découvertes et mené des expériences pour arriver au modèle atomique actuellement accepté. Le développement des mathématiques et des technologies spécialisées a grandement contribué à la compréhension contemporaine de la nature des atomes.
Les premiers modèles sphériques

Parce que les atomes sont trop petits pour être vus, les premiers modèles théoriques étaient des constructions intellectuelles basées sur la méthodes logiques de raisonnement inductif et déductif. Le philosophe grec classique Démocrite a été le premier à proposer l'existence d'atomes en 400 av. Il a estimé que la matière ne peut pas être divisée indéfiniment et doit être constituée de particules rondes indivisibles appelées atomes. En 1800, John Dalton est arrivé à la même vision de l'atomisme en utilisant la méthode expérimentale pour étudier les gaz et les composés. Sa théorie s'appelait le modèle de la sphère solide, ou boule de billard.
Plum Pudding Model

En 1904, le physicien britannique J.J. Thompson a posé le pudding aux prunes, ou pain aux raisins, modèle d'atomisme. Il était basé sur la connaissance des particules subatomiques chargées négativement récemment découvertes appelées électrons. Les expériences de Thompson avec des tubes à rayons cathodiques l'ont incité à théoriser l'existence de minuscules particules à l'intérieur des atomes qui étaient des parties fondamentales de tous les atomes. Son modèle envisageait les électrons négatifs, ou prunes, suspendus à l'intérieur d'un cadre chargé positivement, ou le pudding.
Deux modèles d'orbites planétaires

De 1910 à 1911, Ernest Rutherford a proposé le modèle planétaire ou nucléaire de l'atome. Il pensait que les atomes étaient composés principalement d'espaces vides, avec un noyau dense. Ses expériences impliquaient de tirer des particules alpha sur une feuille d'or. Il a conclu que le noyau positif contient la majeure partie de la masse de l'atome. Avec son modèle d'orbite, Niels Bohr a affiné l'idée de l'atome comme un petit système solaire en 1913. Le modèle de Bohr avait des électrons en orbite autour du noyau en couches de type coquille.
Modèle de nuage d'électrons

Louis de Broglie et Erwin Schrodinger a développé le modèle du nuage d'électrons, ou mécanique quantique. Ils ont basé le modèle sur les percées de la branche de la mécanique quantique de la physique. Au lieu d'électrons dans des orbites fixes, le modèle de nuage a les orbites définies par une distribution de probabilité autour du noyau. Selon leur observation et leur mesure, les électrons peuvent se trouver à différents endroits, parfois simultanément.