到20世紀60年代，有不少來自實驗的間接證據，表明構成原子核的質子和中子並不是真正的基本粒子，而是具有內部結構的。另一方麵，電子倒像是基本粒子，沒有內容結構，但對它的運動，還了解的不夠深入，甚至有偏差。多年來，已經構想出若幹個模型，企圖說明它們的內部到底是怎樣的一種情形。
人類對自然界這個物質世界的認識，經曆的探索時間是漫長的。土石疊為山丘，水流彙成河海。那麼，土石和水流是由什麼東西組成的？世間萬物是怎樣來的？假如不是無中生有的話，那麼它們必定是由某些原始物質組成的，這些原始物質是什麼？對這些問題的看法，或者說關於“原子”的設想，古代人有多種多樣。
早在公元前一千多年的殷周時期，我們的先人就提出了五行說，用金、木、水、火、土這五種常見的物質來說明宇宙萬物的起源和變化。到了春秋戰國時期，由五行說的發展而產生了五行相生相克的觀念。相生如術生火，火生土，土生金，金生水，水生木；相克如水克火，火克金，金克木，木克土，土克水。五行說中的合理因素，對我國古代的天文、曆數和醫學等方麵，起了一定的作用。古代印度人也提出過與此類似的五大說，五大指的是地、水、火、風、空。
我國春秋時期的大學問家老子做過周朝管理藏書的官，後來隱居了。他寫的《道德經》雖然隻有5000字，內容卻非常豐富。那時候，人們認為宇宙間的萬事萬物都由神的意誌統治和主宰。最高的神是天，也稱為上天或天帝。所以，幾乎人人都敬畏上天。然而，老子的看法卻與眾不同，他說，天地是沒有仁義的，它對於萬事萬物，就像人對待用草紮的供祭祀用的狗一樣，用完了就扔，不會有什麼愛憎之情的。那麼，天地萬物的根本是什麼呢？老子認為，有一樣東西，在天地萬物生長運行之前就存在了，世界上的所有東西都是由它產生的，沒有了它，就什麼也不會有。這個東西是什麼呢？它就是“道”，即世界的本原（本原就是“最初的根源”的意思）是“道”。老子說：“道生一，一生二，二生三，三生萬物。”那麼，道又是一種什麼樣的東西呢？老子認為道是不能用語言表達的一種看不見、聽不著、摸不到的混混沌沌的東西。你遇見它時，看不見它的前麵；你跟著它時，看不見它的後麵。然而，它又無處不在。按老子所說：“它惟恍惟惚，是無狀之狀，無象之象。”後人稱老子的哲學學派為道家。道家說的這個“道”是精神還是物質，學術界對此有不同的看法。
在古希臘，盛行過一陣一元說。大約公元前600年，有個叫泰勒斯的哲學家，認為水是萬物的本原。他認為，大地和萬物，都是經過一個自然過程，從水中產生的，就像尼羅河三角洲，是由水中淤泥沉積起來的一樣。稍後，有個叫阿那克西曼德的學者認為，萬物的本原是一種叫做“無限”的不固定的物質。它在運動中分裂出冷和熱、幹和濕等對立的東西，並且產生萬物。再稍後，有個叫阿那克西米尼的學者認為，氣是萬物的本原。他指出，氣受熱擴散，就變成火；遇冷凝聚，就變成水和土。氣擴散和凝聚形成萬物，萬物也可轉化為氣。到了公元前500多年，出身於古希臘王室貴族，本應繼承王位，卻把王位讓給了兄弟的哲學家赫拉克利特，又認為火是萬物的本原。他說：“這個世界不是任何神所創造的，也不是任何人創造的，它過去、現在和未來永遠是一團永恒的火，在一定的分寸上燃燒，在一定的分寸上熄滅。”他認為世界萬物都在永遠不停地變化著，猶如川流不息的江河，並用許多生動的事例描繪了這種運動和變化的畫麵。比這晚幾十年，又有個叫阿那克薩哥拉的哲學家，認為萬物的本原是“種子”，它的數目無限多，體積無限小，還具有各種形式、顏色和氣味。他主張每一物體都是由各類性質不同的種子混合而成的，比如身體要靠食物滋養，食物就必然含有構成血和肉的種子。哪一類種子在數目和體積上占得多，物體就顯出哪一類的性質。
大約在公元前400多年，古希臘的哲學家德謨克利特，發展r他的老師留基伯的原子學說，把構成物質的最小單元叫做原子。他認為，原子是一種不可分割的、看不見的物質微粒，它的內部沒有任何空隙。原子在數量上是無限的，它們隻有大小、形狀和排列方式的不同，而沒有本質的差別。原子在無限的虛空中急劇而無規則地運動著，互相碰撞，形成旋渦，產生世界萬物。