Selv om det engelske navn på atom (atom) er beregnet til at være den mindste partikel, der ikke kan opdeles yderligere, med udviklingen af videnskaben, atomer anses for at være sammensat af elektroner, protoner, og neutroner (brintatomer er sammensat af protoner og elektroner). Kollektivt benævnt subatomare partikler. Næsten alle atomer indeholder de tre ovennævnte subatomare partikler, men protium (hydrogenisotop) har ingen neutroner, og dets ion (efter at have mistet en elektron) er bare en proton.
Protonen har en positiv ladning, og dens masse er 1836 gange elektronens masse, hvilket er 1,6726×10⁻²⁷ kg. En del af massen kan dog omdannes til atombindingsenergi. Neutroner har ingen afgift, og massen af frie neutroner er 1839 gange elektronernes masse, hvilket er 1,6929×10⁻²⁷ kg. Størrelserne af neutroner og protoner er ens, begge i størrelsesordenen 2,5×10⁻¹⁵ m, men deres overflader er ikke præcist defineret.
Selvom atomer er små, kan de ikke opdeles efter kemiske metoder, men de kan stadig opdeles efter andre metoder, fordi atomer også har en vis sammensætning. Atomer er sammensat af en positivt ladet kerne i midten og negativt ladede elektroner uden for kernen (det modsatte af antistof). Kernen består af protoner og neutroner. Elektronerne bevæger sig ved høje hastigheder i et større rum uden for kernen.
I standardmodelteorien om fysik består både protoner og neutroner af elementære partikler kaldet kvarker. Quark er en slags fermion og en af de to grundlæggende bestanddele af materie. En anden grundlæggende komponent kaldes leptons, og elektroner er en type leptons. Der er seks typer kvarker, som hver har en fraktioneret opladning, enten +2/3 eller -1/3. En proton består af to op kvarker og en ned kvark, mens en neutron er sammensat af en op kvark og to ned kvarker. Denne forskel forklarer, hvorfor ladning og masse af neutroner og protoner er forskellige. Kvarker holdes sammen af stærke interaktioner og formidles af gluoner. Gluonen er medlem af den normative boson, en slags elementær partikel, der bruges til at overføre kraft.
Subatomare partikler har kvantiseringskarakteristika og bølgepartikeltonitet. Formlen udtrykkes som: λ=h/p=h/mv, hvor λ er bølgelængde, p er momentum, og h er Plancks konstant (6,626×10⁻³⁴ J· S)