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原子核中所含的质子数等于该元素在元素周期表中的序数。氦原子中有两个电子，氦的原子核也有两个质子。
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不带电的中子
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氦的原子核有2个质子，可是它的质量却是4个质子的质量，这就说明在原子核中还有其他的物质存在。1932年，英国物理学家查德威克利用α粒子撞击铍原子核，发现了中子的存在。中子不带电荷，但质量与质子的质量大致相等。这就解开了氦原子核质量是其中质子质量的2倍的难题。
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原子核由中子和质子组成，它们统称核子。原子核内质子数和中子数之和叫核子数，又称为原子的质量数。核子数决定了元素的种类。举例来说，氦原子核由2个质子和2个中子构成。碳原子核由6个质子和6个中子构成，氧原子核由8个质子和8个中子构成。再比如，铁的原子核，由26个质子和26个中子构成，铀原子的原子核则由92个质子和140多个中子构成。
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核子在核内不是静止不动的，而是处于一定的运动状态。运动状态不同，相应的能量状态也不同。
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图解时间简史：人人都可以读懂的霍金 分解原子核
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1931年，约里奥·居里夫妇公布了石蜡在“铍射线”照射下产生大量质子的新发现。查德威克知道后，立刻着手进行实验，结果发现了“中子”。他也因此获得1935年诺贝尔物理学奖。
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1919年，卢瑟福任卡文迪许实验室主任时，用α粒子轰击氮原子核后射出的粒子，命名为proton，这个单词是由希腊文中的“第一”演化而来的。
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稳定的原子核 放射性原子核 一类原子核能够稳定地存在，不会自发地发生衰变，称为稳定的原子核。 另一类原子核则不能稳定地存在，它会自发地转变为别的原子核，称为放射性原子核。
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图解时间简史：人人都可以读懂的霍金 [:1700895581]
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图解时间简史：人人都可以读懂的霍金 4 制造原子核的能量 汤川秀树的发现
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我们知道，原子核与电子之间靠电磁作用相互吸引。可是，中子不带电荷，那么，质子和中子又是靠什么来紧密地结合在一起呢？
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介子理论
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万有引力在像天体这样质量大的物体上起作用，但在像质子这样的质量微小的粒子上，万有引力的影响比电磁力还要小。质子和中子紧密地排在一起的巨大能量来自何方？直到1935年，日本物理学家汤川秀树建立了介子理论，为这个问题作出了解答。
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汤川秀树认为，原子核中还有一种新的基本粒子，他通过计算，认为这种粒子的质量约为质子的1/10、电子的200倍，介于质子和电子之间。人们就称它作“介子”。汤川假设，正是质子和中子不断地交换介子，产生了强大的核力，使得原子核保持稳定。
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1947年，英国物理学家鲍威尔等人发现了一种新粒子，并将其命名为π介子，证实了汤川秀树理论的正确性。汤川秀树也“由于在核子力理论的基础上预言了介子的存在”，成为第一个获得诺贝尔奖（1949年）的日本人。
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核裂变和核聚变
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20世纪40年代，在对原子核的研究中，科学家们发现将因核力紧密结合的原子核裂变和聚变，并了解到这种变化会产生巨大的能量。