원자는 쪼갤 수 없는 최소 단위라 믿어졌으나, 19세기 말 방사성 원소 발견과 20세기 초 원자 내부의 전자, 원자핵의 존재가 밝혀지며 원자 구조에 대한 이해가 발전했다. 러더퍼드의 핵 모델, 보어의 양자 모델이 등장했고, 원자량 문제는 중성자 발견으로 해결됐다.

미국 MIT 물리학자들이 나트륨 원자 2천5백개의 온도를 절대온도 거의 0에 가까운 1백억분의 5K로 낮추어 최저온도 기록을 경신했다. 이 기술은 정확한 원자시계 제작에 활용될 수 있다.

IBM 과학자들이 터널 현미경으로 제논 원자를 조작해 'IBM' 글자를 만듦. 원자의 존재는 19세기에 논의되었으나, 최근 기술로 단일 원자 조작이 가능해졌다. 이 기술은 미래에 고성능 마이크로칩과 특수 물질 개발에 기여할 수 있다.