Kolejne zagadnienie dotyczy sposobu powiązania elektrycznych ładunków dodatnich z ujemnymi w atomie. W celu rozstrzygnięcia tego zagadnienia ogromnie doniosłe znaczenie miało odkrycie zjawiska naturalnej promieniotwórczości.
W 1896 r. BECQUEREL odkrył zjawisko promieniotwórczości rudy uranowej. Ruda uranowa wysyła samorzutnie pewne rodzaje promieni, które wywołują zjawiska jonizacji powietrza, czernienia kliszy fotograficznej, wzbudzenia fluorescencji niektórych substancji itp. Promieniowanie to jest niezależne od wpływu warunków zewnętrznych. Nie można go żadnymi czynnikami osłabić ani wzmocnić. Przy dalszych badaniach okazało się, że promieniowanie to nie jest jednolite. W roku 1898 MARIA SKŁODOWSKA-CURIE I PIOTR CURIE, kierując się śmiałym założeniem, że promieniowanie to pochodzi od małych ilości nowych, dotąd nieznanych pierwiastków, odkryli i wydzielili z rudy uranowej dwa nowe pierwiastki, które nazwali polonem i radem. Pierwiastki te, o liczbach atomowych Z = 84 i Z = 88, znalazły miejsce w VI i w II rodzinie głównej układu okresowego.
Stwierdzono, że wysyłają one promieniowanie, które w polu magnetycznym lub elektrycznym ulega rozszczepieniu na trzy różne promieniowania składowe. Te trzy składowe oznaczone są literami α, β, γ.
Promieniowanie α w polu elektrycznym ulega odchyleniu w stronę ujemnej okładki kondensatora. Jego zasięg działania jest niewielki, w przypadku radu wynosi tylko około 4 cm.
Promieniowanie β odchyla się w kierunku przeciwnym, a więc ku dodatniej okładce kondensatora. Jego zasięg jest większy niż promieni α.
Trzeci rodzaj promieniowania, promienie γ, nie ulega wpływom ani pola elektrycznego, ani magnetycznego.
Na podstawie wielkości odchyleń w polach elektrycznych i magnetycznych można bliżej zbadać rodzaje tych promieniowań. Promienie α i β mają charakter promieni korpuskularnych. Na ekranie fluoryzującym można rozróżnić pod lupą pojedyncze rozbłyski powstające pod uderzeniami cząstek (spintaryskop).
Promieniowanie γ nie ma charakteru korpuskularnego, lecz charakter promieniowania falowego (undulacyjnego). Jest ono identyczne z promieniami Rentgena, wykrytymi prawie równocześnie. Jest to również promieniowanie elektromagnetyczne, z tą tylko różnicą, że długość jego fali jest około 10000 razy mniejsza od długości fali światła widzialnego.
W ciągu dalszych badań okazało się, że cząstki α mają masę odpowiadającą pierwiastkowi o liczbie atomowej Z = 2, a więc masę równą 4. Zostały one zidentyfikowane jako podwójnie zjonizowane atomy helu. Jeden gram radu wydziela w ciągu roku 0,153 cm3 helu.
Promienie β są identyczne z promieniami katodowymi o dużej prędkości. Stanowią więc wiązkę elektronów.
