Próbę zdefiniowania struktury materii ludzkość zaczęła bardzo ambitnie. Już w IV w. p.n.e. grecki filozof Demokryt z Abdery wysunął śmiałą, jak na owe czasy, i jakże trafną hipotezę, że materia zbudowana jest z małych cząstek, które nazwał atomami (od gr. atomos – niepodzielny). Według Demokryta te cząstki miały różnić się wielkością, kształtem i ciężarem, co nadawało specyficzne cechy substancjom, na które się składały. Grek na tyle wyprzedził swoje czasy, że trzeba było czekać ponad 20 stuleci na kolejną teorię, która w dużej mierze powielała jego założenia.
Pytania o strukturę materii co prawda stawiali sobie uczeni w kolejnych wiekach, jednak brakowało im narzędzi potrzebnych do udzielenia trafnych odpowiedzi. Największą przeszkodą była wielkość cząstek, z których zbudowany jest nasz świat. To skala mikro w pełnym znaczeniu tego słowa. By ją właściwie zobrazować, potrzebne jest porównanie do znanych nam wielkości. Weźmy dla przykładu ziarnko piasku i zacznijmy je powiększać tak, by składające się na nie atomy zaczęły być widoczne gołym okiem. Gdy każdy z nich osiągnie wielkość główki od szpilki, nasze ziarnko będzie bryłą o średnicy 1000 m!
Na początku XIX w. John Dalton sformułował atomistyczno-cząsteczkowy model budowy materii. Jednak, podobnie jak Demokryt, mylił się w założeniach stwierdzając, że atomy są najmniejszymi jej elementami. Potrzeba było prawie kolejnych stu lat, by dzięki rozwojowi techniki teorię można było zweryfikować w praktyce. Doświadczenia z użyciem lampy katodowej doprowadziły naukowców do odkrycia elektronów. Szybko udało się też wyznaczyć ich masę i wartość ładunku.