Historicamente, vários modelos foram propostos para o núcleo: Modelo da gota líquida, Modelo ótico, Modelo coletivo entre muitos outros. Entretanto, o panorama do núcleo atômico só foi ficando mais claro quando a estrutura das próprias partículas elementares (próton e nêutron) foi sendo desvendada, demonstrando que estas não eram assim verdadeiramente elementares.

As forças de coesão nuclear foram propostas primeiramente com base nos modelos de múons e píons como integrantes da chamada "cola nuclear". Entretanto, os modelos atômicos mais recentes explicam que prótons e nêutrons compartilham uma sub partícula. A tal sub partícula compartilhada é um glúon. Um próton e um nêutron se comportam como dois cachorros brigando por um osso: ora o osso (o glúon) está com um cachorro (o próton) e ora está com o outro cachorro (o nêutron), assim eles se mantém próximos. Como são diversos prótons e diversos nêutrons, a "disputa" envolve todas as partículas e elas se mantém unidas. Essa união enfraquece se o átomo for muito grande como num átomo de urânio, por exemplo. Esses átomos muito grandes são instáveis e podem perder partes de si - processo chamado de desintegração radioativa. Existem vários modelos para explicar como o átomo é constituído. OS primeiros, como o de Dalton, tratam o átomo como uma esfera maciça, homogénea e indivisível, totalmente oposto aos fenómenos radioativos conhecidos. A radioatividade provoca alterações no núcleo e, em alguns casos, ele pode ser quebrado para formar novas substâncias. O modelo de Thompson explica a presença de cargas elétricas no átomo, que ainda é tido como esférico. A presença de um núcleo só começou a fazer parte dos modelos atômicos que surgiram posteriormente a Rutherford.