A palavra "átomo" vem do grego (ἀτόμος) "atomos", indivisível, de (ἀ)-, não, e τόμος, um corte. A primeira menção histórica da palavra átomo veio de obras do filósofo grego Demócrito, por volta de 400 AC. A teoria atômica permaneceu como um assunto principalmente filosófico, com pouca investigação ou estudo científico real, até o desenvolvimento da química na década de 1650.
Em 1777, o químico francês Antoine Lavoisier definiu pela primeira vez o termo elemento. Ele disse que um elemento era qualquer substância básica que não podia ser decomposta em outras substâncias pelos métodos da química. Qualquer substância que pudesse ser decomposta era um composto.
Em 1803, o filósofo inglês John Dalton sugeriu que os elementos eram bolas minúsculas e sólidas feitas de átomos. Dalton acreditava que todos os átomos de um mesmo elemento tinham a mesma massa. Ele disse que os compostos se formam quando átomos de mais de um elemento se combinam. Segundo Dalton, em um determinado composto, os átomos dos elementos do composto sempre se combinam da mesma forma.
Em 1827, o cientista britânico Robert Brown olhou os grãos de pólen na água sob seu microscópio. Os grãos de pólen pareciam estar se sacudindo. Brown usou a teoria atômica de Dalton para descrever padrões na forma como eles se moviam. Isto foi chamado de movimento browniano. Em 1905 Albert Einstein usou a matemática para provar que os movimentos aparentemente aleatórios eram causados pelas reações dos átomos, e ao fazer isso ele provou conclusivamente a existência do átomo. Em 1869, o cientista russo Dmitri Mendeleev publicou a primeira versão da tabela periódica. A tabela periódica agrupa os elementos por seu número atômico (quantos prótons eles têm). Isto é normalmente o mesmo que o número de elétrons). Os elementos da mesma coluna, ou período, geralmente têm propriedades similares. Por exemplo, hélio, neônio, argônio, crípton e xenônio estão todos na mesma coluna e têm propriedades muito semelhantes. Todos estes elementos são gases que não têm cor e nem cheiro. Além disso, eles não são capazes de se combinar com outros átomos para formar compostos. Juntos eles são conhecidos como os gases nobres.
O físico J.J. Thomson foi a primeira pessoa a descobrir os elétrons. Isto aconteceu enquanto ele trabalhava com raios catódicos, em 1897. Ele percebeu que eles tinham uma carga negativa, ao contrário dos prótons (positivos) e dos nêutrons (sem carga). Thomson criou o modelo de pudim de ameixa, que dizia que um átomo era como um pudim de ameixa: os frutos secos (elétrons) estavam presos em uma massa de pudim (prótons). Em 1909, um cientista chamado Ernest Rutherford usou a experiência Geiger-Marsden para provar que a maior parte de um átomo está em um espaço muito pequeno chamado núcleo atômico. Rutherford tirou uma placa fotográfica e a cobriu com folha de ouro, e depois disparou partículas alfa (feitas de dois prótons e dois nêutrons colados um ao outro) sobre ele. Muitas das partículas atravessaram a folha de ouro, o que provou que os átomos são em sua maioria espaço vazio. Os elétrons são tão pequenos que constituem apenas 1% da massa de um átomo.
Em 1913, Niels Bohr introduziu o modelo Bohr. Este modelo mostrou que os elétrons viajam ao redor do núcleo em órbitas circulares fixas. Isto era mais preciso do que o modelo de Rutherford. No entanto, ainda não estava completamente correto. Melhorias no modelo Bohr foram feitas desde que ele foi introduzido pela primeira vez.
Em 1925, o químico Frederick Soddy descobriu que alguns elementos da tabela periódica tinham mais de um tipo de átomo. Por exemplo, qualquer átomo com 2 prótons deveria ser um átomo de hélio. Normalmente, um núcleo de hélio também contém dois nêutrons. No entanto, alguns átomos de hélio têm apenas um nêutron. Isto significa que eles são verdadeiramente hélio, porque um elemento é definido pelo número de prótons, mas eles também não são hélio normal. O Soddy chamou um átomo como este, com um número diferente de nêutrons, um isótopo. Para obter o nome do isótopo, olhamos quantos prótons e nêutrons ele tem em seu núcleo e acrescentamos isto ao nome do elemento. Assim, um átomo de hélio com dois prótons e um nêutron é chamado de hélio-3, e um átomo de carbono com seis prótons e seis nêutrons é chamado de carbono-12. Entretanto, quando ele desenvolveu sua teoria, Soddy não podia ter certeza de que os nêutrons realmente existiam. Para provar que eles eram reais, o físico James Chadwick e uma equipe de outros criaram o espectrômetro de massa. O espectrômetro de massa realmente mede a massa e o peso de átomos individuais. Ao fazer isso, Chadwick provou que, para que todo o peso do átomo seja responsável, os nêutrons devem existir.
Em 1937, o químico alemão Otto Hahn tornou-se a primeira pessoa a criar a fissão nuclear em um laboratório. Ele descobriu isso por acaso quando estava atirando nêutrons em um átomo de urânio, na esperança de criar um novo isótopo. Entretanto, ele notou que ao invés de um novo isótopo, o urânio simplesmente se transformou em um átomo de bário, um átomo menor do que o urânio. Aparentemente, Hahn tinha "quebrado" o átomo de urânio. Esta foi a primeira reação de fissão nuclear registrada no mundo. Esta descoberta acabou levando à criação da bomba atômica.
Mais adiante no século XX, os físicos se aprofundaram nos mistérios do átomo. Usando aceleradores de partículas, descobriram que os prótons e os nêutrons eram na verdade feitos de outras partículas, chamadas quarks.
O modelo mais preciso até agora vem da equação de Schrödinger. Schrödinger percebeu que os elétrons existem em uma nuvem ao redor do núcleo, chamada de nuvem de elétrons. Na nuvem de elétrons, é impossível saber exatamente onde os elétrons estão. A equação de Schrödinger é usada para descobrir onde um elétron é provável que esteja. Esta área é chamada de orbital do elétron.
