Tot i que el nom anglès de l'àtom (àtom) pretén ser la partícula més petita que no es pot dividir encara més, amb el desenvolupament de la ciència, es considera que els àtoms es componen d'electrons, protons i neutrons (els àtoms d'hidrogen es componen de protons i electrons). Es coneix col·lectivament com a partícules subatòmiques. Gairebé tots els àtoms contenen les tres partícules subatòmiques anteriors, però el proti (isòtop d'hidrogen) no té neutrons, i el seu ió (després de perdre un electró) és només un protó.
El protó té una càrrega positiva i la seva massa és 1836 vegades la massa de l'electró, que és de 1,6726×10⁻²⁷ kg. No obstant això, part de la massa es pot convertir en energia d'unió atòmica. Els neutrons no tenen cap càrrec, i la massa de neutrons lliures és 1839 vegades la massa d'electrons, que és de 1,6929×10⁻²⁷ kg. Les mides dels neutrons i protons són similars, tant per ordre de 2,5×10⁻⁵ m, però les seves superfícies no es defineixen amb precisió.
Tot i que els àtoms són petits, no es poden subdividir per mètodes químics, però encara poden ser subdividits per altres mètodes, perquè els àtoms també tenen una certa composició. Els àtoms es componen d'un nucli carregat positivament al centre i electrons carregats negativament fora del nucli (el contrari de l'antimatèria). El nucli es compon de protons i neutrons. Els electrons es mouen a altes velocitats en un espai més gran fora del nucli.
En la teoria del model estàndard de la física, tant els protons com els neutrons es componen de partícules elementals anomenades quarks. Quark és una mena de fermió i un dels dos components bàsics de la matèria. Un altre component bàsic s'anomena leptons, i els electrons són un tipus de leptons. Hi ha sis tipus de quarks, cadascun dels quals té una càrrega fraccional, ja sigui +2/3 o -1/3. Un protó es compon de dos quarks amunt i un quark avall, mentre que un neutró es compon d'un quark amunt i dos quarks avall. Aquesta diferència explica per què la càrrega i la massa de neutrons i protons són diferents. Els quarks es troben units per fortes interaccions i estan mediats per gluons. El gluó és un membre del bosó normatiu, una mena de partícula elemental utilitzada per transmetre la força.
Les partícules subatòmiques tenen característiques de quantificació i dualitat ona-partícula. La fórmula s'expressa com: λ=h/p=h/mv, on λ és longitud d'ona, p és impuls, i h és la constant de Planck (6.626×10⁻³³ J· S)