Ačkoli anglický název atomu (atom) je určen jako nejmenší částice, kterou nelze dále rozdělit, s rozvojem vědy se atomy považují za složené z elektronů, protonů a neutronů (atomy vodíku se skládají z protonů a elektronů). Souhrnně označované jako subatomární částice. Téměř všechny atomy obsahují výše uvedené tři subatomární částice, ale protium (izotop vodíku) nemá neutrony a jeho iont (po ztrátě elektronu) je jen proton.
Proton má kladný náboj a jeho hmotnost je 1836 krát hmotnost elektronu, což je 1,6726×10⁻²⁷ kg. Část hmoty však může být přeměněna na atomovou vazebnou energii. Neutrony nemají náboj a hmotnost volných neutronů je 1839krát větší než hmotnost elektronů, což je 1,6929×10⁻²⁷ kg. Velikosti neutronů a protonů jsou podobné, a to jak v řádu 2,5×10⁻¹⁵ m, ale jejich povrchy nejsou přesně definovány.
Ačkoli atomy jsou malé, nemohou být rozděleny chemickými metodami, ale stále mohou být rozděleny jinými metodami, protože atomy mají také určité složení. Atomy se skládají z kladně nabitého jádra uprostřed a negativně nabitých elektronů mimo jádro (opak antihmoty). Jádro se skládá z protonů a neutronů. Elektrony se pohybují vysokou rychlostí ve větším prostoru mimo jádro.
Ve standardní modelové teorii fyziky se protony i neutrony skládají z elementárních částic zvaných kvarky. Quark je druh fermionu a jedna ze dvou základních složek hmoty. Další základní složka se nazývá leptony a elektrony jsou typem leptonů. Existuje šest typů kvarků, z nichž každý má zlomkový náboj, buď +2/3 nebo -1/3. Proton se skládá ze dvou kvarků nahoru a jednoho dolů, zatímco neutron se skládá z jednoho kvarku nahoru a dvou dolů kvarků. Tento rozdíl vysvětluje, proč se náboj a hmotnost neutronů a protonů liší. Kvarky jsou drženy pohromadě silnými interakcemi a jsou zprostředkovány gluony. Gluon je členem normativního bosonu, jakési elementární částice používané k přenosu síly.
Subatomární částice mají kvantizační charakteristiky a dualitu vlnových částic. Vzorec je vyjádřen jako: λ=h/p=h/mv, kde λ je vlnová délka, p je hybnost a h je Planckova konstanta (6,626×10⁻³⁴ J· S)