على الرغم من أن المقصود من اسم الانجليزية من ذرة (ذرة) أن يكون أصغر الجسيمات التي لا يمكن تقسيمها أكثر، مع تطور العلم، تعتبر الذرات لتكون تتألف من الإلكترونات، والبروتونات، والنيوترونات (ذرات الهيدروجين تتكون من البروتونات والإلكترونات). يشار إليها مجتمعة باسم الجسيمات دون الذرية. تحتوي جميع الذرات تقريبًا على الجسيمات الثلاثة دون الذرية المذكورة أعلاه ، ولكن البروتيم (نظير الهيدروجين) لا يحتوي على نيوترونات ، وأيونه (بعد فقدان الإلكترون) هو مجرد بروتون.
وللبروتون شحنة موجبة وكتلته 1836 مرة كتلة الإلكترون، وهي 1.6726×10⁻2⁷ كجم. ومع ذلك، يمكن تحويل جزء من الكتلة إلى طاقة ملزمة ذرية. النيوترونات ليس لها أي شحنة، وكتلة النيوترونات الحرة هي 1839 مرة كتلة الإلكترونات، وهي 1.6929×10⁻2⁷ كجم. أحجام النيوترونات والبروتونات متشابهة، سواء في ترتيب 2.5×10⁻ 1⁵ m، ولكن لم يتم تحديد أسطحها بدقة.
على الرغم من أن الذرات صغيرة، إلا أنه لا يمكن تقسيمها إلى أجزاء من الأساليب الكيميائية، ولكن لا يزال من الممكن تقسيمها إلى أجزاء أخرى، لأن الذرات لها أيضاً تركيبة معينة. تتكون الذرات من نواة مشحونة بشكل إيجابي في المركز والإلكترونات المشحونة سلبًا خارج النواة (عكس المادة المضادة). تتكون النواة من البروتونات والنيوترونات. تتحرك الإلكترونات بسرعات عالية في مساحة أكبر خارج النواة.
في نظرية النموذج القياسي للفيزياء، تتكون البروتونات والنيوترونات من جسيمات أولية تسمى الكواركات. كوارك هو نوع من الفرميون وأحد المكونين الأساسيين لهذه المادة. وهناك عنصر أساسي آخر يسمى اللبتونات، والإلكترونات هي نوع من اللبتونات. هناك ستة أنواع من الكواركات، كل منها له شحنة كسورية، إما +2/3 أو -1/3. يتكون البروتون من كواركين لأعلى وكوارك واحد لأسفل، بينما يتكون النيوترون من كوارك أعلى واثنين من الكواركات. وهذا الاختلاف يفسر لماذا تختلف شحنة وكتلة النيوترونات والبروتونات. يتم عقد كوارك معا من قبل التفاعلات القوية ويتم بوساطة من قبل gluons. الغلوون هو عضو في بوسون المعيارية، وهو نوع من الجسيمات الأولية المستخدمة لنقل القوة.
وللجسيمات دون الذرية خصائص تكميم وازدواجية جسيمات الموجة. يتم التعبير عن الصيغة على النحو: λ = h/p = h/mv، حيث الطول الموجي، p هو الزخم، و h ثابت بلانك (6.626×10⁻³⁴ J· S)