Vào năm 1909, các thí nghiệm tia X của Rutherford đã phá vỡ trí tuệ thông thường khi ông phát hiện ra rằng các electron không chiếm giữ vật chất như nho khô phân bố đều trong một chiếc bánh pudding. Tuy nhiên, Bohr nhận thấy kết luận của Rutherford là không chính xác và đã đề xuất ý tưởng mang tính cách mạng rằng các nguyên tử hoạt động theo các quy luật vật lý lượng tử.
Rutherford bắn tia alpha, hoặc các hạt, từ radium phóng xạ vào một tấm lá vàng rất mỏng. Sau khi xem xét mô hình đường đi của một số ít bị dội ngược trở lại, Rutherford kết luận rằng hạt nhân nhỏ hơn 10.000 lần mang điện tích dương và có khối lượng gần bằng tất cả. Tất cả các điện tích âm được giữ bởi các electron quay quanh.
Năm 1912, Bohr gia nhập Rutherford, nhưng nhận thấy mô hình của mình rất không ổn định theo vật lý thông thường và đề xuất rằng lý thuyết lượng tử của Planck giải thích tại sao nguyên tử lại ổn định. Ông phát hiện ra rằng tỷ lệ năng lượng trong các electron và tần số quỹ đạo của chúng bằng hằng số năng lượng ánh sáng Planck tỷ lệ với tần số sóng của nó.
Bohr đề xuất rằng các electron nhảy lên quỹ đạo, hay mức năng lượng, không tồn tại ở giữa. Nguyên tử hấp thụ hoặc giải phóng năng lượng khi các electron nhảy lên quỹ đạo cao hơn hoặc thấp hơn. Các phản ứng hỗn hợp diễn ra theo công bố năm 1913 của Bohr, nhưng mô hình của Bohr cho thấy rằng các điện tử xếp thành các kiểu đều đặn khi ánh sáng được phát ra bởi các nguyên tử hydro thực.
Lý thuyết của Bohr chỉ ra rằng một số electron nhất định trong các quỹ đạo nhất định có số lượng tử. Đây là chìa khóa cho sự lặp lại tuần hoàn các thuộc tính của các nguyên tố. Lớp vỏ thứ nhất chứa tới 2, lớp thứ hai 8, lớp thứ ba 10 và lớp thứ tư 14. Các nguyên tử có số electron ít hơn cực đại ở lớp vỏ ngoài cùng của chúng kém bền hơn. Các nguyên tố có số electron ở lớp vỏ ngoài cùng bằng nhau ở cùng một cột trong bảng tuần hoàn các nguyên tố và có tính chất hóa học tương tự nhau.
