Mais tarde, Rutherford também analisou o espalhamento inelástico ao bombardear partículas alfa contra núcleos de hidrogênio (prótons). Este último processo não é o espalhamento de Rutherford clássico, embora tenha sido observado pela primeira vez por ele. Ao final desses processos, as forças não-coulombianas entram em jogo. Tais forças, bem como a energia adquirida a partir do espalhamento pelas partículas-alvo mais leves, alteram os resultados de espalhamento de maneira fundamental, o que sugerem informações estruturais sobre o alvo em questão. Na década de 60, um processo semelhante permitiu uma análise do interior do núcleo, e é chamado de espalhamento inelástico profundo.

A descoberta inicial foi feita por Hans Geiger e Ernest Marsden em 1909, ao realizarem o experimento da folha de ouro sob a supervisão de Rutherford. Eles dispararam um feixe de partículas alfa (núcleos de hélio) contra camadas de folhas de ouro com apenas alguns átomos de espessura. Na época do experimento, o átomo era considerado análogo a um “pudim de ameixas” (tal como proposto por J. J. Thomson), com a carga negativa (as ameixas) distribuídas uniformemente numa esfera positiva (o pudim). Se o modelo do pudim de ameixas estivesse correto, o "pudim" positivo, sendo mais espalhador que o atual modelo de um núcleo concentrado, não seria capaz de exercer uma força coulombiana intensa, e as partículas alfa seriam apenas desviadas em pequenos ângulos ao atravessarem o alvo.