Iako je engleski naziv atom (atom) namijenjen najmanjoj čestici koja se ne može dalje dijeliti, s razvojem znanosti, atomi se smatraju sastavljenima od elektrona, protona i neutrona (atomi vodika sastoje se od protona i elektrona). Zajedno se nazivaju subatomske čestice. Gotovo svi atomi sadrže gore navedene tri subatomske čestice, ali protium (izotop vodika) nema neutrona, a njegov ionski (nakon gubitka elektrona) je samo proton.
Proton ima pozitivan naboj i njegova masa je 1836 puta veća od mase elektrona, što je 1.6726×10⁻²⁷ kg. Međutim, dio mase može se pretvoriti u atomsku obvezujuću energiju. Neutroni nemaju naboj, a masa slobodnih neutrona je 1839 puta veća od mase elektrona, što je 1.6929×10⁻²⁷ kg. Slične su veličine neutrona i protona, oba po redoslijedu od 2,5×10⁻¹⁵ m, ali njihove površine nisu precizno definirane.
Iako su atomi mali, ne mogu se podijeliti kemijskim metodama, ali se još uvijek mogu podijeliti drugim metodama, jer atomi također imaju određeni sastav. Atomi se sastoje od pozitivno nabijene jezgre u sredini i negativno nabijenih elektrona izvan jezgre (suprotno od antimaterije). Jezgra se sastoji od protona i neutrona. Elektroni se kreću velikom brzinom u većem prostoru izvan jezgre.
U standardnoj teoriji modela fizike, i protoni i neutroni sastoje se od elementarnih čestica zvanih kvarkovi. Kvark je neka vrsta fermiona i jedna od dvije osnovne komponente materije. Druga osnovna komponenta naziva se leptoni, a elektroni su vrsta leptona. Postoji šest vrsta kvarkova, od kojih svaki ima frakcijski naboj, ili +2/3 ili -1/3. Proton se sastoji od dva kvarka i jednog kvarka, dok se neutron sastoji od jednog kvarka i dva kvarka. Ta razlika objašnjava zašto su naboj i masa neutrona i protona različiti. Kvarkovi se drže zajedno snažnim interakcijama i posredovani su gluonima. Gluon je član normativnog bozona, svojevrsne elementarne čestice koja se koristi za prijenos sile.
Subatomske čestice imaju kvantizacijske karakteristike i dualnost valnih čestica. Formula je izražena kao: λ=h/p=h/mv, gdje je λ valna duljina, p je momentum, a h je Planckova konstanta (6.626×10⁻³⁴ J· S)