Thông qua Thí nghiệm lá vàng mà ông đã thực hiện trong quá trình học sau đại học, Ernest Rutherford đã phát hiện ra rằng nguyên tử chứa một hạt nhân. Những thí nghiệm này và phát hiện được công bố vào năm 1911. Trong thí nghiệm này, Hans Geiger, cộng sự của Rutherford đã khởi xướng sự khởi đầu của bộ đếm Geiger.
Rutherford phát hiện ra rằng khi chùm hạt alpha hẹp được bắn vào một màng mỏng bằng mica hoặc kim loại, thì chùm tia đó sẽ mở rộng ra. Thí nghiệm dẫn đến việc phát hiện ra rằng 1 trong số 20.000 hạt này thỉnh thoảng quay theo góc 90 độ. Khám phá này dẫn Rutherford đến ý tưởng rằng một nguyên tử không chỉ là một đám mây của các electron lơ lửng, mà có một tâm tích điện dương chứa phần lớn khối lượng của nó. Rutherford đặt tên cho khối lượng này là hạt nhân. Khám phá của ông cho thấy rằng không chỉ một phần của nguyên tử mang điện tích dương mà còn nặng theo tiêu chuẩn nguyên tử. Ông phỏng đoán rằng các điện tích tương tự trong nguyên tử khiến chúng lệch khỏi nhau giống như các nam châm có cùng điện tích đẩy nhau. Rutherford cũng thu thập được rằng hạt nhân của nguyên tử tương đối nhỏ so với tổng khối lượng của nguyên tử. Kết luận hợp lý là JJ Thompson, người đã đưa ra giả thuyết rằng nguyên tử là những đám mây electron, đã đúng một phần vì nguyên tử chiếm một diện tích nhỏ như vậy trong tổng khối lượng.
