Nel 1909, gli esperimenti a raggi X di Rutherford frantumarono la saggezza convenzionale quando scoprì che gli elettroni non occupavano materia come uvetta uniformemente distribuita in un budino. Tuttavia, Bohr trovò le conclusioni di Rutherford imprecise e propose l'idea rivoluzionaria che gli atomi si comportassero secondo le leggi della fisica quantistica.
Rutherford ha sparato raggi alfa, o particelle, dal radio radioattivo su una lamina d'oro molto sottile. Dopo aver esaminato gli schemi di percorso dei pochi che si sono ripresi, Rutherford ha concluso che il nucleo di 10.000 volte più piccolo era caricato positivamente e aveva quasi tutta la massa. Tutta la carica negativa era detenuta dagli elettroni orbitanti.
Nel 1912, Bohr si unì a Rutherford, ma trovò il suo modello molto instabile secondo la fisica convenzionale e propose che la teoria dei quanti di Planck spiegasse perché gli atomi fossero stabili. Scoprì che il rapporto tra energia in elettroni e frequenza delle loro orbite corrispondeva alla costante di Planck dell'energia della luce in proporzione alla sua frequenza d'onda.
Bohr ha proposto che gli elettroni saltassero orbite, o livelli di energia, senza esistere nel mezzo. Gli atomi assorbono o rilasciano energia quando gli elettroni saltano a orbite più alte o più basse. Le reazioni miste seguirono la pubblicazione di Bohr del 1913, ma il modello di Bohr mostrò che gli elettroni si allineavano secondo schemi regolari quando la luce veniva emessa da atomi di idrogeno reali.
La teoria di Bohr mostra che un certo numero di elettroni in certe orbite ha numeri quantici. Questa è la chiave per la ripetizione periodica delle proprietà degli elementi. Il primo guscio contiene fino a 2, il secondo 8, il terzo 10 e il quarto 14. Gli atomi con elettroni meno del massimo nei loro gusci esterni sono meno stabili. Gli elementi con lo stesso numero di elettroni nei loro gusci più esterni si trovano nella stessa colonna della tavola periodica degli elementi e tendono ad avere proprietà chimiche simili.
