מודל אטומי הוא ייצוג גרפי המאפשר להסביר, ככל האפשר, את מבנה האטום. כידוע, אטומים הם ייצוגים, מכיוון שאיש לא ראה אותם; הם נגזרים מניסויים, המתפתחים עם הטכנולוגיה. ביוון העתיקה, הפילוסופים הראשונים האמינו שהחומר מורכב מחלקיקים זעירים שלא ניתנים להריסה, אותם כינו אטומים . זה היה רק; עם זאת, על דוקטרינה פילוסופית, שלא השיגה קבלה אוניברסאלית בגלל היעדר ראיות ניסיוניות. לקראת 1803 פיתח האנגלי ג'ון דלטון מודל שבו הניח שכל החומר מורכב מאטומים; שהוא ייצג כחלקיקים כדוריים מלאי מסה ובגודל משתנה, תלוי באלמנט אליו הם השתייכו, אך בלתי ניתנים לחלוקה, בלתי ניתנים להריסה ולכן נצחיים.
כמאה שנה מאוחר יותר, נמצא כי האטום אינו ניתן לחלוקה וכי לכל האטומים של אותו יסוד אין אותה מסה ולכן אינם שווים. עם גילוי האלקטרונים וקרני הקתודה, הובלתי במהירות לדמיון של מבנה אטום.
ההשערה הראשונה שהוקמה הייתה בשנת 1904 על ידי ג'יי ג'יי תומסון, כאשר הניח שהאטום מורכב מכדור חומרי, אך עם מטען חשמלי חיובי, שבתוכו הוטמעו האלקטרונים הדרושים לנטרול המטען האמור.
מאוחר יותר, הניסויים שביצע הפיזיקאי ארנסט רתרפורד הובילו אותו להסיק כי המטען החיובי של אטום ומרבית מסתו מרוכזים באזור מרכזי קטן הנקרא הגרעין . במודל שלו, אלקטרונים, טעונים שלילית, סובבו סביב הגרעין כמו כוכבי לכת סביב השמש.
בשנת 1913, הפיזיקאי הדני נילס בוהר, הנתמך בתורת הקוונטים של מקס פלאנק, גילה כי לאלקטרונים באטום יכולות להיות רק רמות אנרגיה מסוימות. הוא הציע כי האנרגיה של אלקטרון קשורה למרחק ממסלולו לגרעין. לכן, האלקטרונים הקיפו את הגרעין רק במרחקים מסוימים, ב"מסלולים מכמתים ", המתאימים לאנרגיות המותרות.
מאוחר יותר, ארנולד זומרפילד שינה את התיאוריה של בוהר כך שקבע כי אלקטרונים יכולים להסתובב במסלולים אליפטיים. באלה, כאשר האלקטרון התקרב לגרעין, כדי לא להילכד הוא היה צריך לנוע מהר יותר. כשעושים את זה על פי עבודותיו של איינשטיין, המסה שלו תגדל ותשתנה את מסלולו.
החל משנת 1926, לאור עבודותיהם של הייזנברג, דה ברוגלי, שרדינגר, בורן ודיראק, האלקטרונים כבר לא נתפסו כחלקים המקיפים אותם. המושג מסלול הוחלף במסלול, שהוא פונקציה מתמטית המאפשרת לנו לדעת מידע על האזור הקטן של החלל סביב הגרעין בו נמצא הסבירות הגבוהה ביותר לאלקטרון. אזורים אלה יכולים להיות שונים בגודל, בצורתם, בכיוון המיוחד ובאנרגיה.
