Immerhin war man fast ein Jahrhundert mit dem Modell von Dalton ausgekommen. Die Chemiker stellten sich Atome als eine Art kleiner Billardkugeln vor, die irgendwie eine Bindung zu anderen Atomen aufbauen konnten.

Etwa in der Mitte des letzten Jahrhunderts fand man beim Experimentieren mit Gasentladungsröhren, dass beim Anlegen einer Spannung bestimmte Strahlen auftraten (Katoden- und Kanalstrahlen).

Erst gegen Ende des 19. Jahrhunderts wusste man genaueres über diese Strahlen: Kanalstrahlen waren positiv geladene Atome (Ionen), Katodenstrahlen bestanden aus den kleinsten Teilchen negativer Elektrizität, die man als Elektronen bezeichnete. Die Atome waren offenbar nicht unteilbar, sie konnten in kleinere Einheiten mit entgegengesetzten Ladungen aufgespalten werden.

Viele organische Verbindungen wurden analysiert - 1880 waren bereits über 15.000 organische Verbindungen bekannt - und wurden anhand ihres Reaktionsverhaltens in Gruppen wie Alkane, Alkohole, usw. eingeteilt.

Zwar traten auch hier schon das Probleme auf, dass man eine Erklärung für das Verhalten bestimmter Atome vergeblich versuchte, aber erst die oben erwähnten physikalischen Experimente zwangen zur Entwicklung eines differenzierteren Atommodells.
Man versuchte zunächst eine Erklärung, die von einer gleichmässigen Verteilung der negativen Ladungen im ansonsten homogen positiven Atom ausging.
(Thomson - Die Ladungsträger sind im Atom verteilt wie Rosinen im Kuchen. „Rosinenkuchenmodell“).
Das Entstehen von Ionen konnte so erklärt werden, dass sich einzelne Elektronen aus dem Atom entfernten und ein nun positiv geladenes Teilchen, das Ion zurückblieb.

Ein wichtiger Schritt hin zum heutigen Verständnis gelang Rutherford im Jahr 1911.