Experimentul de foi de aur al lui Rutherford a implicat trecerea și deformarea particulelor alfa printr-o foaie subțire de aur. Deformarea particulelor alfa a apărut deoarece nucleul încărcat al atomilor de aur a modificat traiectoria particulelor alfa. Această observație nu era în concordanță cu modelul curent al atomului, conducând teoria nucleului lui Rutherford.
Înainte de descoperirea nucleului atomic, Rutherford a primit Premiul Nobel pentru Chimie în 1908 pentru descoperirea timpilor de înjumătățire radioactivi și diferențierea sa între radiațiile alfa și beta.
În 1917, Rutherford a fost prima persoană care a împărțit cu succes un atom folosind particule de azot și alfa. Această reacție a condus la descoperirea de protoni care sunt conținute în nucleul atomic.
Ca mentor, el a fost instrumental în descoperirea lui James Chadwick a neutronului, o componentă a nucleului atomic, în 1932.