آزمايشهاي رادرفورد كه طي آنها پرتوهاي نازك اشعه را بر ورقه نازك طلا تابش داد، هم نظريه اتمي قديمي دالتون و هم نظريه استاد خود، تامسون را رد كرد. آزمايشات نشان مي‌داد كه اغلب ذرات آلفا (9/99 %) بدون انحراف، در مسير اصلي خود از درون ورقه طلا عبور مي‌كنند، اين پديده مي‌رساند كه قسمت اعظم درون اتم را فضاي خالي تشكيل مي‌دهد. اين آزمايش همچنين نشان مي‌دهد كه از ميان تعداد بسيار زياد ذره‌هاي آلفا، تعداد بسيار كمي (مثلاً به نسبت 1 به 8000) به عقب برمي‌گردند.

رادرفورد از اين پديده نتيجه گرفت كه لابد يك هسته بسيار كوچك در مركز اتم وجود دارد كه محل تمركز بارهاي مثبت و تقريباً تمامي جرم اتم است كه توانايي به عقب راندن ذرات نسبتاً سنگين و پر سرعت آلفا را دارد.

زيرا انحرافهاي زياد فقط وقتي قابل توجيه است كه فرض كنيم بار مثبت بيش از حد متمركز در فضايي بسيار كوچك (تقريباً يك نقطه) در اتم وجود دارد.

اين نوع انحراف ذرات را با پخش يكنواخت ذرات مثبت و منفي در اتم به هيچ وجه نمي‌توان توجيه كرد.

با توجه به درصد اشعه‌هاي عبوري =10000 (قطر هسته / قطراتم) بدست آمد و در واقع شعاع اتم برابر با و شعاع هسته سانتيمتر تخمين زده شد از اين نسبت متوجه مي‌شويم كه اتم در واقع توخالي مي‌باشد، تصور مقياسي از اين مدل حائز اهميت است. اگر هسته اتم به اندازه يك توپ تنيس باشد، قطر اتم بيشتر از 5/1 كيلومتر خواهد بود.

ناگفته نماند كه الكترونهاي نسبتاً سبك، ذرات آلفاي سنگينتر را كه حركت سريعي داشته باشند، منحرف نمي‌كنند.

بدين ترتيب دومين بيان تجربي جهت ساختمان اتم توسط رادرفورد بيان گرديد و ساختمان اتم را بدين صورت تعريف نمود كه هسته در مركز و به شعاع و الكترونها در خارج هسته در قشرهايي به شعاع نهايي بر روي مدارهايي قرار دارند. مع‌ذلك اين ساختمان اتمي، خالي از اشكال نبود و بنا به كليه اصول فيزيك كلاسيك (1911) اتم مي‌بايستي ناپايدار باشد. زيرا اگر الكترونها در روي قشر بخصوصي مستقر باشند. هيچگونه مانعي براي جذب آنها به هسته وجود ندارد و نيز اگر متحرك باشند، بر طبق قوانين الكترومغناطيس مادامي كه الكترونها در حال حركت هستند. اتم مي‌بايستي از خود نور منتشر سازد.