Hoewel de Engelse naam van atoom (atoom) bedoeld is als het kleinste deeltje dat niet verder kan worden verdeeld, worden atomen met de ontwikkeling van de wetenschap beschouwd als samengesteld uit elektronen, protonen en neutronen (waterstofatomen bestaan uit protonen en elektronen). Gezamenlijk subatomaire deeltjes genoemd. Bijna alle atomen bevatten de bovenstaande drie subatomaire deeltjes, maar protium (isotoop van waterstof) heeft geen neutronen en het ion (na het verliezen van een elektron) is slechts een proton.
Het proton heeft een positieve lading en zijn massa is 1836 keer de massa van het elektron, dat is 1.6726×10⁻²⁷ kg. Een deel van de massa kan echter worden omgezet in atoombindende energie. Neutronen hebben geen lading, en de massa van vrije neutronen is 1839 keer de massa van elektronen, dat is 1.6929×10⁻²⁷ kg. De grootte van neutronen en protonen is vergelijkbaar, zowel in de orde van grootte van 2,5×10⁻¹⁵ m, maar hun oppervlakken zijn niet nauwkeurig gedefinieerd.
Hoewel atomen klein zijn, kunnen ze niet worden onderverdeeld door chemische methoden, maar ze kunnen nog steeds worden onderverdeeld door andere methoden, omdat atomen ook een bepaalde samenstelling hebben. Atomen bestaan uit een positief geladen kern in het midden en negatief geladen elektronen buiten de kern (het tegenovergestelde van antimaterie). De kern bestaat uit protonen en neutronen. De elektronen bewegen met hoge snelheden in een grotere ruimte buiten de kern.
In de standaard modeltheorie van de natuurkunde bestaan zowel protonen als neutronen uit elementaire deeltjes die quarks worden genoemd. Quark is een soort fermion en een van de twee basiscomponenten van materie. Een andere basiscomponent wordt leptonen genoemd en elektronen zijn een soort leptonen. Er zijn zes soorten quarks, die elk een fractionele lading hebben, +2/3 of -1/3. Een proton bestaat uit twee up quarks en één down quark, terwijl een neutron bestaat uit één up quark en twee down quarks. Dit verschil verklaart waarom de lading en massa van neutronen en protonen verschillend zijn. Quarks worden bij elkaar gehouden door sterke interacties en worden bemiddeld door gluonen. Het gluon is een lid van het normatieve boson, een soort elementair deeltje dat wordt gebruikt om kracht over te brengen.
Subatomaire deeltjes hebben kwantificeringskenmerken en golfdeeltjesdualiteit. De formule wordt uitgedrukt als: λ=h/p=h/mv, waarbij λ golflengte is, p momentum en h de constante van Planck (6,626×10⁻³ J· S)