과학자들은 19세기초 이후로 불연속 스펙트럼을 관측할 수 있는 기술을 가지게 되었다. 그들은 이 스펙트럼이 어떻게 생기는지 설명하기 위해 100년 넘게 기다려야만 했다. 그들은 그것이 원자에 의해 만들어지며 원자가 양전하(positive charge)와 음전하(negative charge)를 가진다는 것을 알았다. 몇몇 원자의 모델들은 양전하가 원자의 가운데에 집중되어 있고 음전하가 양전하 둘레에 떼지어 있는 현제 모델과 유사했다. 음전하(전자 : electron)는 핵주의를 도는 것으로서 그들은 빛을 방사하며 약 10^-10초 안에 핵으로 나선형으로 들어가야만 한다. 이것은 분명 실험을 통해 부정된다.

닐스 보어(Nelis Bohr; lived 1885 - 1962)는 20세기초에 위에 같은 문제점에 대해 설명했다. 전자는 단지 에너지를 방출하지 않는 궤도(정해진 궤도)에서만 발견될 수 있다는 것이다. 만약 전자가 궤도를 변경시킬려면 에너지를 방출하거나 흡수해야만한다. 이 모델은 받아들이기 힘들었으나 많은 실험을 통해서 그것이 사실이라고 입증되었다.

보어의 원자모델에선 묵직하지만 작은 양전하를 띄는 양성자(protons)와 중성인 중성자(neutrons)가 작은 핵 안에서 있으며 작고 가벼운 음전하를 띄는 전자(electrons)가 어떤 정해진 궤도에서 핵(nucleus) 주위를 돈다. 중성을 띄는 원자는 전자의 숫자와 양성자의 숫자가 같다. 원자의 에너지 궤도의 배치는 양성자와 중성자의 숫자와 핵 주위를 도는 전자의 숫자에 의존한다. 모든 핵의 형태들은 에너지 궤도가 유일하게 배치되기 때문에 흡수선과 방출선도 유일하다.

핵속에 양성자 숫자가 같은 모든 원자들은 원소(element)로써 그룹을 형성한다. 한 원소에 해당하는 원자들은 같은 양성자를 가지기 때문에 또한 같은 전자를 가지게 된다. 그러므로 같은 화학적 구성을 가진다. 예를들어 핵속에 한개의 양성자를 가지는 원자는 수소(Hydrogen)라 불리우는 같은 같은 화학적 성질을 가진다. 탄소(Carbon)라 불리는 원자들도 핵속에 6개의 동일한 수의 양성자를 가지게 된다. 아래 그림에서 원자(a)는 수소(Hydrogen), (b)는 헬륨(Helium)이고 (c), (d), (e)는 리튬(Lithium)이다.

원소들은 핵속에 양성자의 숫자와 중성자의 숫자로 동위체(isotopos)로 불리우는 하위 그룹으로 세분된다. 핵속에 같은 숫자 중성자를 가지는 원소의 모든 원자들은 같은 형태의 동위체인 것이다. 한 원소의 동위체들은 매우 유사한 화학적 성질을 가지고 있으나 핵반을에 매우 많은 차이를 보이며 행동한다. 예를들어 수소의 모든 동위체들은 한개의 전자를 가지며 같은 화학반을을 보인다. 보통 수소동위체는 중성자를 가지지 안으며 1개의 양성자만 가지고 있다. 또다른 Deuterium이라 불리우는 수소동위체는 각각 1개의 양성자와 중성자를 가지고 있고 Tritium이라 불리우는 수소동위체는 2개의 중성자와 1개의 양성자를 가지며 방사성(radioactive)을 가진다. Tritium의 핵은 자연적으로 또다른 형태로 변화한다. 위의 그림에 (c), (d), (e) 원자들은 리튬이라 불리우는 같은 원소를 가진 다른 동위체들이다.

자연에 있는 대부분의 원자들은 중성이며 음전하는 정확하게 양전하와 상쇄된다. 그러나 때때로 원자는 또 다른 원자와 충돌이나 광자를 흡수함에 따라 한개 또는 그 이상의 전자들이 원자에서 벋어나게 된다. 몇몇 드문 경우에서 한 원자는 일시적으로 여분의 전자를 가지는 것도 있다. 이런 경우에서 여분의 양전하와 음전하를 가지는 원자를 이온(ion)이라 부른다. 예를들어 탄소이온 C⁺는 6개의 양성자와 5개의 전자를 자지며 철이온 Fe²⁺는 26개의 양성자와 24개의 전자를 가진다. 전자의 숫자가 다르기 때문에 한 원소의 이온은 중성의 원소들보다 더 큰 화학적 반응을 일으킨다. 위의 그림의 (d)원자는 Li⁺이온이다. (c), (e)와 비교해봐라.

불연속스펙트럼을 설명하기위해 보어는 원자가 세가지 규칙을 따른다는 것을 발견했다.

1. 전자는 핵으로부터 특별한 거리에 어떤 에너지를 가지며 전자가 양자화된(정해진) 궤도에 있는 동안 에너지를 잃거나 얻지않는다. 양자화된 궤도는 사다리의 가로장과 비슷하다. 전자는 사다리의 가로장에만 있을 수 있고 그 사이는 있을 수 없는 것이다.
2. 핵에 가까운 궤도일수록 낮은 에너지를 가진다.
3. 원자들은 바닥상태(ground state)라 불리우는 가장 낮은 에너지 상태에서 있기를 원한다. 즉 모든 전자는 가능하면 핵과 가까워질려고 한다.