Rutherford (1871-1937) concibió un experimento que consistía en lanzar partículas alfa (a) contra una finísima película de oro. La trayectoria de las partículas se podía observar, según se ve en el esquema de la figura adjunta, por los destellos que producían al chocar sobre una pantalla de sulfuro de cinc (ZnS). Aceptando el modelo de Thomson, las partículas tendrían que sufrir desviaciones muy pequeñas. Hay que tener en cuenta que, según ese modelo, la masa del átomo es fluida y está uniformemente repartida, por lo que no debería presentar resistencia excesiva al paso de las partículas a, que portan una gran cantidad de movimiento.

Había observado la dispersión de partículas y el Dr. Geiger, en mi laboratorio, la había examinado detenidamente. Encontró que la dispersión producida por piezas de metal delgadas era generalmente pequeña, del orden de un grado. Un día Geiger vino y me dijo: "¿No cree usted que el joven Marsden, a quien he preparado en los métodos radiactivos, debía empezar una pequeña investigación?". Yo había pensado lo mismo y le dije: "¿Por qué no le dejamos ver si las partículas pueden sufrir una gran dispersión con un gran ángulo?.  Debo decirle en confianza que yo no lo creo, puesto que las partículas son muy rápidas, de gran masa y gran energía, y si la dispersión fuera debida a la acumulación de de pequeñas dispersiones, la probabilidad de que fuese dispersada en el retroceso sería muy pequeña". Recuerdo que dos o tres días después vino Geiger con una gran excitación y me dijo: "Hemos logrado obtener el retroceso de algunas partículas". Es lo más increíble que me ha sucedido en mi vida, Casi tan increíble como si usted disparase una bala de 15 pulgadas contra un papel de seda y el proyectil se volviese contra usted. Al considerar el fenómeno, llegué a la conclusión de que el retroceso debía ser el resultado de una simple colisión, y al hacer los cálculos vi que era imposible obtener aquél orden de magnitud a no ser que se considere un sistema en la que la mayor parte del átomo se encuentre concentrada en un pequeño núcleo. Fue entonces cuando tuve la idea del átomo formado por un núcleo masivo como centro y con carga.

Así, Rutherford propuso en 1919 un modelo de un átomo prácticamente vacío, con un núcleo central en el que está concentrada la carga positiva y la masa. Los electrones de cada átomo (en un número igual a la carga nuclear) están alrededor del núcleo, completando el volumen del átomo. Tal como indica el dibujo adjunto, este modelo permite explicar los resultados del experimento de bombardeo con partículas a, al considerar que la desviación de las partículas se produce únicamente por causa de los núcleos de los átomos de la lámina de oro. No son afectadas por los electrones porque la masa de éstos es insignificante frente a la de los proyectiles.

Teniendo en cuenta que los electrones (de carga negativa) son atraídos por el núcleo central (de carga positiva), Rutherford planteó también que giran alrededor del núcleo como lo hacen los planetas alrededor del Sol, con lo que la fuerza de atracción electrostática dirigida hacia el núcleo da lugar a una aceleración centrípeta. Por ello, al modelo nuclear de Rutherford también se le llama modelo planetario.