Poco tiempo después de observar la serie espectral de Balmer se observaron también las series de Lymann, Bracket, Paschen y Pfund, cuya diferencia esencial era en nivel energético atómico de procedencia en las transiciones de los electrones que provocaban la emisión de un fotón (n = 1, 3, 4, y 5 respectivamentE).
Todas estas lineas espectrales incluida la serie de Balmer podían ser explicadas por la siguiente fórmula empírica, conocida como fórmula de Rydberg.
El análisis de las lineas espectrales de emisión del hidrógeno obtenidas al calentar el mismo por alto voltaje y separadas por mediación de un prisma llevó a la definición de una fórmula empírica que se conoce como serie de Balmer y que hoy en día sabemos que se corresponde con la luz emitida al saltar un electrón desde cualquier nivel energético con n > 2 al nivel correspondiente a n = 2.
Este espectro puede ser observado con instrumentos ópticos convencionales porque su longitud de onda cae dentro del visible.
Tanto el espectro correspondiente a la serie de Balmer como las otras lineas espectrales que se descubrieron más adelante pudieron ser cuadradas por la fórmula empírica de Rydberg.
En el año 1905 el efecto fotoeléctrico volvió a romper los esquemas de las físicos después de que Planck hubiera encontrado la forma de encajar el espectro de radiación de un cuerpo negro bajo la hipótesis de la cuantización de la energía de la luz.
El efecto fotoeléctrico no hizo sino confirmar esta tesis así como el hecho de que la luz estuvieran constituida por partículas: los fotones.
Sólo así se podía explicar que la corriente eléctrica generada dependiera de la frecuencia de la luz incidente más que de su intensidad, por encima del trabajo de extracción necesario para arrancar el electrón de la materia, cuyo valor depende el material.
Ernest Rutherford dirigió un experimento que se realizó en 1909 y cuyos resultados se publicaron en 1911 y que cambió radicalmente la visión del átomo que se tenía hasta entonces.
El experimento consistía en hacer pasar a través de una lámina de oro un haz de partículas alfa que se generaban a partir de una fuente radioactiva de polonio y se dejaban salir a través de dos agujeros alineados de forma que se asegurara que el haz era recto.
Lo que se observó es que a pesar de que la gran mayoría de las partículas atravesaban la lámina sin desviarse tal como predecía el modelo de Thomson imperante en la época, unas pocas resultaron desviarse dejando un impacto en la pantalla circular dispuesta alrededor en incluso algunas (aproximadamente 1 de cada 20.000) "rebotaban" siendo desviadas hacia atrás.
Esto sugería una nueva concepción del átomo, en la que toda la carga positiva se concentraba en el núcleo central y los electrones orbitaban alrededor, de forma que la casi totalidad del espacio considerado estaba vacío.
La reconstrucción del proceso cinemático de los eventos a partir de las muestras del los impactos registrados permitió obtener un valor empírico de la sección eficaz de los mismo, lo que viene a ser la extensión alrededor de los núcleos hasta donde interactúan con las partículas incidentes, con lo que se estimó que el radio de núcleo atómico era del orden de 10-10m (mientras el núcleo tenía un radio del orden de 10-14m).
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