Experiențele lui Rutherford au arătat că atomul are o structură complexă, fiind format din cu sarcină electrică și învelișul electronic cu sarcină , egală în modul cu cea a nucleului. Numărul Z, care arată câte sarcini elementare se conțin în nucleul atomului, se numește în fizica nucleară număr sau număr de sarcină. Un alt număr ce caracterizează nucleul este numărul de masă, care se notează cu simbolul . S-a constatat că în natură există atomi care au același număr atomic, dar număr de masă diferit, astfel de atomi se numesc . Modelul protono-neutronic al nucleului atomic are structură complexă, fiind format din protoni și neutroni, având o denumire comună – . Dacă numărul protonilor este Z, atunci numărul este N = A – Z. În nucleu au loc interacțiuni de cu totul altă natură și cu mult mai intense decât interacțiunile . Acestea sânt interacţiunile nucleare, realizate prin intermediul unor forţe care se numesc , care mențin nucleonii în componența nucleului atomic.
