Atomun (atom) İngilizce adının daha fazla bölünemeyen en küçük parçacık olması amaçlansa da, bilimin gelişmesiyle atomların elektronlar, protonlar ve nötronlardan oluştuğu kabul edilir (hidrojen atomları proton ve elektronlardan oluşur). Toplu olarak atom altı parçacıklar olarak adlandırılır. Hemen hemen tüm atomlar yukarıdaki üç atom altı parçacığı içerir, ancak protium (hidrojen izotopu) nötron içermez ve iyonu (bir elektronu kaybettikten sonra) sadece bir protondur.
Proton pozitif bir yüke sahiptir ve kütlesi 1.6726.10ײ⁻⁷ kg olan elektronun kütlesinin 1836 katıdır. Bununla birlikte, kütlenin bir kısmı atomik bağlama enerjisine dönüştürülebilir. Nötronların şarjı yoktur ve serbest nötron kütlesi 1.6929.1⁻0ײ⁷ kg olan elektron kütlesinin 1839 katıdır. Nötronların ve protonların boyutları, her ikisi de 2,5×10⁻¹⁵ m sırasına göre benzerdir, ancak yüzeyleri tam olarak tanımlanmamıştır.
Atomlar küçük olmasına rağmen, kimyasal yöntemlerle bölünemezler, ancak yine de diğer yöntemlerle bölünebilirler, çünkü atomlar da belirli bir bileşime sahiptir. Atomlar merkezde pozitif yüklü bir çekirdekten ve çekirdeğin dışındaki negatif yüklü elektronlardan oluşur (antimaddenin tersi). Çekirdek proton ve nötronlardan oluşur. Elektronlar çekirdeğin dışında daha büyük bir alanda yüksek hızlarda hareket eder.
Fizik standart model teorisinde, hem protonlar hem de nötronlar kuark adı verilen temel parçacıklardan oluşur. Kuark bir tür fermiondur ve maddenin iki temel bileşeninden biridir. Başka bir temel bileşene lepton denir ve elektronlar bir tür leptondur. Her biri +2/3 veya -1/3 kesirli bir yüke sahip altı tip kuark vardır. Bir proton iki yukarı kuark ve bir aşağı kuark oluşurken, bir nötron bir yukarı kuark ve iki aşağı kuark oluşur. Bu fark, nötronların ve protonların yükünün ve kütlesinin neden farklı olduğunu açıklar. Kuarklar güçlü etkileşimlerle bir arada tutulur ve gluonlar tarafından aracılık edilir. Tutkal, kuvvet iletmek için kullanılan bir tür temel parçacık olan normatif bozonun bir üyesidir.
Atom altı parçacıklar nicelik özelliklerine ve dalga-parçacık ikiliğine sahiptir. Formül şu şekilde ifade edilir: φ=h/p=h/mv, burada φ dalga boyu, p momentum ve h Planck'ın sabitidir (6.626×10⁻³⁴ J· S)