क्वांटम यांत्रिकी और परमाणु सिद्धांत 1920 के दशक में फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी लुइस विक्टर डे ब्रोगली (1892-1987), ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी पॉल डिराक (1902-1984), ऑस्ट्रियाई भौतिक विज्ञानी इरविन श्रोडिंगर (1887-1961) सहित वैज्ञानिकों के शानदार योगदान के माध्यम से परिपक्व हुए। और जर्मन सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी वर्नर हाइजेनबर्ग (1901-1976)। अन्य शोधकर्ताओं ने कण त्वरक नामक मशीनों का निर्माण करना शुरू कर दिया, जिससे उन्हें परमाणु नाभिक के बारे में अतिरिक्त जानकारी को अनलॉक करने के लिए संगठित और कुछ हद तक नियंत्रित करने के प्रयास में उच्च नाभिकीय उप-नाभिकीय कणों को चोट पहुँचाने की अनुमति मिली। उदाहरण के लिए, 1932 में, अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी सर जॉन कॉकक्रॉफ्ट (1897-1967) और आयरिश भौतिक विज्ञानी अर्नेस्ट वाल्टन (1903-1995) ने परमाणु नाभिक के पहले कृत्रिम विघटन का उत्पादन करने के लिए एक "एटम स्मैशर" (एक रेखीय त्वरक त्वरक) का उपयोग किया था। । उन्होंने उच्च ऊर्जा वाले प्रोटॉन के साथ लक्ष्य लिथियम नाभिक पर बमबारी की, और परिणामस्वरूप परमाणु प्रतिक्रिया ने आइंस्टीन के ऊर्जा-द्रव्यमान समकक्ष सिद्धांत को मान्य किया। उनके अग्रणी कार्य ने आने वाले दशकों में परमाणु भौतिकी में महत्वपूर्ण भूमिका त्वरक का प्रदर्शन किया। लगभग उसी समय, लॉरेंस ने बर्कले में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय में परमाणु अनुसंधान के लिए अपने नए आविष्कार साइक्लोट्रॉन का उपयोग करना शुरू कर दिया। कभी अधिक शक्तिशाली मशीनों के उत्तराधिकार के साथ, लॉरेंस ने बर्कले में परमाणु वैज्ञानिकों की एक उत्कृष्ट टीम को आकर्षित किया, अमेरिकी रसायनज्ञ-भौतिक विज्ञानी ग्लेन टी। सीबॉर्ग (1912-1999) सहित, जिन्होंने 1940 में प्लूटोनियम की खोज की। 1930 के दशक से 1960 के दशक के प्रारंभ में, वैज्ञानिकों ने परमाणु रिएक्टर और परमाणु हथियार सहित आधुनिक परमाणु तकनीक के लिए तकनीकी नींव विकसित की, जैसा कि साथ ही परमाणु ऊर्जा के कई अन्य दिलचस्प अनुप्रयोग। इस प्रक्रिया में, वैज्ञानिकों और इंजीनियरों ने परमाणु के एक परमाणु मॉडल का उपयोग किया, जिसने माना कि नाभिक में दो बुनियादी भवन-ब्लॉक नाभिक होते हैं: प्रोटॉन और न्यूट्रॉन। यह सरल नाभिकीय परमाणु मॉडल (तीन तथाकथित प्राथमिक कणों पर आधारित: प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन) परमाणु विज्ञान और परमाणु प्रौद्योगिकी अनुप्रयोगों से संबंधित सामान्य चर्चाओं के लिए आज भी बहुत उपयोगी है।