Các nhà khoa học có thể xác nhận sự tồn tại của các nguyên tử bằng cách sử dụng kỹ thuật gọi là kính hiển vi quét đường hầm. Đây là một quy trình trong đó thiết bị cực kỳ nhạy cảm làm nhiễu một mẫu ở cấp độ hiển vi và phát hiện sự thay đổi dòng điện như các điện tử của chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác. Nếu không có sự tồn tại của nguyên tử, dòng điện sẽ không tồn tại.
Nguyên tử lần đầu tiên được xác định bởi người Hy Lạp cổ đại thông qua việc sử dụng các thí nghiệm suy nghĩ. Một thí nghiệm như vậy lập luận rằng phải có một hạt có kích thước nào đó không thể phân chia được. Từ "nguyên tử" ban đầu bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là "không thể cắt bỏ". Dữ liệu quan sát cơ bản hỗ trợ kết luận này. Ví dụ, nhà triết học tiền Socrates Democritus ở Abdera đã nghĩ ra một phiên bản của lý thuyết nguyên tử vào đầu thế kỷ thứ tư trước Công nguyên. Ông lập luận, nếu các vật thể vật chất không được cấu tạo bởi các nguyên tử, thì chuyển động của các vật thể sẽ không thể thực hiện được. Nếu không có nguyên tử và không gian trống giữa các nguyên tử đó, thì mọi vật chất sẽ bị khóa ở vị trí tương đối so với mọi vật chất khác. Ở một quy mô nào đó, phải có một đơn vị vật chất không thể phá hủy cho phép chuyển động đó xảy ra.
Giả thuyết này được xác nhận vào thế kỷ 20, khi Einstein xuất bản một bài báo ủng hộ khái niệm chuyển động Brown. Hơn nữa, bom nguyên tử sẽ không thể thực hiện được nếu không có quá trình phân hạch hạt nhân, một khái niệm đòi hỏi sự tồn tại của các nguyên tử.
