Kraj XIX vijeka i početak XX vijeka bio je period kada je svaka godina donosila nova neočekivana otkrića, od kojih mnoga predstavljaju osnovu na kojoj počiva današnja nauka.

Godine 1895. Rentgen (Konrad Röentgen, 1854-1923) otkriva X-zrake, koji su po njemu kasnije nazvani rentgentskim zrakama.

Godine 1896. Anri Bekerel (Henri Becquerel, 1852-1908) otkriva novu vrstu zračenja koje potiče od uranovih soli. Ubrzo se u proučavanju ove pojave uključuju novi istraživači. Tako, supružnici Marija Kiri Sklodovska (Mari Curie - Sklodowska, 1867-1934) i Pjer Kiri (Pierre Curie, 1859-1906), poslije brižljivog razdvajanja komponenata velike količine uranove rude, otkrivaju 1898. godine dva elementa - polonijum i radijum, čije zračenje je mnogo većeg intenziteta od zračenja urana. Od njih potiče naziv ove pojave - radioaktivnost. Kasnije je otkriven čitav niz radioaktivnih elemenata. Dalja proučavanja radioaktivnog zračenja pokazala su da se ono sastoji od tri komponente - alfa, beta i gama - za koje se pokazalo da se ne razlikuju samo po prodornosti, već i po različitom ponašanju u magnetnom polju. Na osnovu skretanja radioaktivnih zraka u magnetnom polju, Marija Kiri i Ernest Radeford (Ernest Rutheford, 1871-1937), uspijevaju da razdvoje ove komponente. To je omogućilo da se one proučavaju posebno. Već 1902. godine Radeford zaključuje da su beta čestice elektroni, a tek 1908. godine uspijeva da dokaže da alfa čestice predstavljaju pozitivno naelektrisane jone helijuma.

Godine 1902. Radeford i Frederik Sodi (Frederick Soddy, 1877-1956) uočavaju da se prilikom raspada radioaktivnih elemenata mijenjaju njihove hemijske osobine. No, pored toga, Sodi je utvrdio da neki produkti raspadanja imaju iste hemijske osobine, iako im se atomske težine razlikuju. Takve elemente Sodi je nazvao izotopima. To je bilo 1911. godine.