Hoci anglický názov atómu (atóm) je určený ako najmenšia častica, ktorú nemožno ďalej rozdeliť, s rozvojom vedy sa atómy považujú za zložené z elektrónov, protónov a neutrónov (atómy vodíka sa skladajú z protónov a elektrónov). Spoločne označované ako subatomové častice. Takmer všetky atómy obsahujú vyššie uvedené tri subatomárne častice, ale protium (izotop vodíka) nemá žiadne neutróny a jeho ión (po strate elektrónu) je len protón.
Protón má kladný náboj a jeho hmotnosť je 1836-násobok hmotnosti elektrónu, čo je 1,6726×10⁻²⁷ kg. Časť hmoty sa však môže premeniť na atómovú viažuci energiu. Neutróny nemajú žiadny náboj a hmotnosť voľných neutrónov je 1839-násobok hmotnosti elektrónov, čo je 1,6929×10⁻²⁷ kg. Veľkosti neutrónov a protónov sú podobné, a to na rádovej výške 2,5×10⁻¹⁵ m, ale ich povrchy nie sú presne definované.
Hoci atómy sú malé, nemôžu byť rozdelené chemickými metódami, ale stále môžu byť rozdelené inými metódami, pretože atómy majú tiež určité zloženie. Atómy sa skladajú z kladne nabitého jadra v strede a negatívne nabitých elektrónov mimo jadra (opak antihmoty). Jadro sa skladá z protónov a neutrónov. Elektróny sa pohybujú vysokou rýchlosťou vo väčšom priestore mimo jadra.
V štandardnej modelovej teórii fyziky sa protóny aj neutróny skladajú z elementárnych častíc nazývaných kvarky. Kvark je druh fermiku a jednou z dvoch základných zložiek hmoty. Ďalšia základná zložka sa nazýva leptóny a elektróny sú typom leptónov. Existuje šesť typov kvarkov, z ktorých každý má frakčný náboj, buď +2/3 alebo -1/3. Protón sa skladá z dvoch kvarkov a jedného kvarku, zatiaľ čo neutrón sa skladá z jedného kvarku a dvoch kvarkov. Tento rozdiel vysvetľuje, prečo je náboj a hmotnosť neutrónov a protónov odlišné. Kvarky sú držané pohromade silnými interakciami a sú sprostredkované gluónmi. Gluon je členom normatívneho bozóna, druhu elementárnej častice používanej na prenos sily.
Subatomické častice majú kvantizačné charakteristiky a dualitu častíc vlny. Vzorec je vyjadrený ako: λ=h/p=h/mv, kde λ je vlnová dĺžka, p je hybnosť a h je Planchova konštanta (6,626×10⁻³⁴ J· S) V prípade, že sú