在古希腊哲学体系中，原子一词被赋予了不可分割且浑然一体的深刻内涵。

古希腊哲学家德谟克利特提出了一种开创性的观点，他认为世间万物皆由一种最基本、最小的物质单元构成，他将其命名为“原子”。这一概念在很长一段时间内并未受到广泛重视，在当时的科学文献中，“原子”这一术语鲜有出现。进入16与17世纪，随着文艺复兴运动的蓬勃兴起和近代科学的快速发展，原子学说逐渐进入科学家们的视野。

到了18世纪，以英国的卡文迪许和法国的拉瓦锡为代表的化学家们，通过一系列实验发现，尽管自然界的物质形态万千，但它们均是由有限数量的基本元素所构成。而这些元素又各自由化学性质相同的基本单位组成，这在一定程度上复兴了德谟克利特的原子学说，并使其声誉显著提升。19世纪初，英国科学家道尔顿通过严谨的科学实验与逻辑推理，有力地证实了原子的客观存在，再次验证了原子学说的正确性，并开创性地提出了原子量表。随着原子量测定工作的深入，科学家们不断发现新的化学元素。在此基础上，19世纪60年代，俄国化学家门捷列夫编制出了更为完整的元素周期表，该表揭示了物质世界的深层秘密：所有物质均由原子构成，且这些原子之间存在着密切的内在联系。在19世纪，原子被普遍认为是物质的基本且不可再分的单位。1895年，德国物理学家伦琴的发现打破了这一传统认知。他发现了一种具有强大穿透力的奇异光线，能够清晰地显现出衣物口袋中的硬币和手部骨骼，由于当时无法解释其发射原理，人们便以“X”来命名这种未知的光线。这一发现迅速激发了科学家们对这种神秘光线的研究兴趣。1896年3月，法国物理学家克勒尔发现，铀盐在不受任何外部光源照射的情况下也能使胶片感光。他进一步证实，铀元素是造成这一现象的根本原因。随后，波兰科学家居里夫人重复并验证了克勒尔的实验，进一步推动了这一领域的研究。她深入推测，是否仅铀元素独具放射性这一特性？1898年，玛丽·居里与德国物理学家施米特并行发现了钍元素同样能释放出新型射线，并将此类性质命名为“放射性”。

同年7月，居里夫妇携手其他科研人员，成功鉴别出一种新的化学元素，居里夫人以波兰的首音节为其命名“钋”，以此向她的祖国致以敬意。同年12月，她再度取得突破，发现了镭元素。历经四年的不懈研究，她于1902年成功提炼出0.1克纯镭。镭的放射性强度惊人，其能量为铀的200万倍，衰变后转化为氦与铅。放射性的发现引发了科学界对原子内部结构的深刻反思。居里夫人在一篇学术论文中探讨了放射性能量的根源，指出：“从化学视角审视，放射性物质的原子看似不可分割，但在这一领域内，其分割成为可能。”1902年，英国物理学家卢瑟福提出，放射性现象是原子自我蜕变的过程，期间一种元素的原子转变为另一种元素，并伴随射线的释放，这些射线源自原子核。卢瑟福的原子嬗变理论为众多实验现象提供了合理解释，其重要性体现在两方面：一是彻底颠覆了原子不可分的传统哲学与化学观念；二是将统计学的概念引入原子研究领域。因此，他于1908年荣获诺贝尔化学奖。卢瑟福并未止步于既有成就，他在证实原子可分之后，与学生们一同探索原子的构成。当时，主流的原子模型认为正负电荷在原子内部均匀分布。然而，卢瑟福在实验中发现，粒子在撞击原子时，有时能直接穿透，有时则发生大角度散射，这表明原子内部结构并非均匀，存在坚硬的核心导致粒子散射。基于此发现，卢瑟福迅速构建了新的原子模型，该模型形象地比喻为太阳系中的行星结构。原子的质量主要集中于其核心的一微小区域，而电子则环绕此核心运动，占据了原子的大部分体积。具体而言，原子核的体积仅占原子整体的万分之一，但其质量占比却恰好相反，占据了原子的绝大部分。通过实验，卢瑟福揭示了原子内部带正电荷的粒子位于原子核中，并将这些粒子命名为质子。此外，他还预言原子核内存在不带电的粒子，这一关于原子结构的假说，为探索原子世界的奥秘开辟了新途径。1913年，丹麦物理学家玻尔在其博士论文《论原子和分子的组成》中，对卢瑟福的原子模型进行了重要补充。他提出，电子在原子内部按能量层级分布，形成电子壳层，且越靠近原子核，电子的能量越高。这一模型成功融合了量子理论与经典力学，为后续的深入研究奠定了坚实基础。为了深入探究物质的放射性，科学家们不断尝试用粒子轰击原子。

1928年，德国物理学家博特与贝克在轰击铍元素时，发现了一种强烈的不带电射线。四年后，居里夫人的女儿伊伦·居里也独立观察到了这种射线。当时人们并未将其视为新物质，而仅视为一种光量子的发射现象。众多科学家重复此类实验，但在轰击重原子核时往往未能取得显著成果。人们逐渐认识到，这是由于所用轰击粒子的速度不够快、质量不够大所致。1930年，美国加利福尼亚大学的劳伦斯提出，为了赋予轰击原子核的质子足够速度，必须发明一种加速装置。次年，他成功研制出“回旋加速器”，使质子获得巨大能量，能够轻易穿透并击碎原子核，释放出巨大能量。1932年，英国物理学家查德威克重复了伊伦·居里的实验，并在此基础上取得了突破性进展。在专业物理学领域内，对铍元素释放的特殊射线性质的诠释遇到了光量子发射理论的局限性。针对此现象，有学者提出了一种全新的物质理论，认为该射线是由一种质量与质子接近且呈电中性的粒子构成，并赋予其“中子”之名。中子的科学发现，标志着原子核研究领域的重大突破，使得原子内部结构的探索成为可能，从而大大推进了人类实际掌握和控制原子能的愿景。1905年，德国物理学家爱因斯坦在其狭义相对论著作中，首次阐述了著名的质能转换公式E=mc²，指出所有物质均蕴含能量，且能量的大小等于物质质量乘以光速的平方。尽管该理论在当时未受广泛重视，但它实际上为核裂变与核聚变现象的理论研究奠定了坚实的基础。伴随中子发现的轰动效应，物理学家们开始利用中子作为实验中的“探针”，对各类元素进行轰击实验，以期发现新元素。1934年，意大利物理学家费米带领团队进行了一项实验，当用中子轰击元素并在中子源与被轰击物之间加入石蜡时，放射性强度竟增大了100多倍。此外，他们发现慢中子轰击周期表92号之前的元素，仅能产生化学性质相似的同位素，但轰击92号元素铀时，却得到了化学性质截然不同且质量大于铀的新元素。费米最初判断这是一种超铀元素。但是，揭开原子核分裂真相的历史使命最终由德国化学家哈恩承担。哈恩曾在卢瑟福指导下工作，并返回德国后创建了个人研究所，与迈特纳保持紧密合作，共同致力于核反应后元素的识别、分离与理论分析。哈恩重复了费米的慢中子轰击铀核实验，但所得结果却显示，生成的新物质并非超铀元素，而是钡。鉴于钡的原子量是铀的一半，如果实验结果无误，这意味着铀原子核已被一分为二。哈恩迅速将这一惊人发现通知了迈特纳，并希望她能通过计算来阐释其物理机制。迈特纳，一位拥有奥地利护照的犹太裔科学家，在德国侵占奥地利后，不幸成为了纳粹的迫害目标。得益于友人的协助，她离开了哈恩的研究所，前往瑞典诺贝尔物理研究所继续其科研事业。在接获哈恩的来信后，迈特纳与其同事弗里施迅速投入了大量时间进行计算与深入研究，从理论上对观测到的现象给出了全面而精准的解释。在计算过程中，他们揭示了一个重要现象：原子核分裂为两部分后，因受到巨大的电磁斥力作用，这两部分会以极高速度彼此分离。此外，计算结果还表明，这两部分各自携带着约2亿电子伏特的动能。对于这一动能的来源，他们排除了入射中子的可能性，因其能量微小，故判断剩余的能量只能源自原子核内部。迈特纳进一步计算出，分裂后的原子核质量相较于分裂前有所减少，减少量相当于质子质量的五分之一。依据爱因斯坦在狭义相对论中提出的质能公式，这2亿电子伏特恰好等同于减少质量的等价能量。

迈特纳与弗里施不仅成功证明了原子核的分裂现象，还巧妙地运用爱因斯坦的质能公式，揭示了人类能够将物质的部分质量直接转化为巨大能量的潜力，这一发现甚至超出了爱因斯坦本人当年的预期。随后，弗里施继续开展实验，成功验证了铀原子的分裂。他受生物学家关于细菌分裂时“裂变”概念的启发，借用了这一术语来描述原子核的分裂过程。1939年2月11日，英国的《自然》杂志正式刊发了弗里施的论文，标志着人类社会正式迈入了核时期。