Hạt nhân nguyên tử là vùng nhỏ, dày đặc bao gồm các
proton và
neutron ở trung tâm của một nguyên tử, được phát hiện vào năm 1911 bởi Ernest Rutherford dựa trên thí nghiệm lá vàng Marsden 1909 Geiger. Sau khi phát hiện ra neutron vào năm 1932, các mô hình cho một
hạt nhân bao gồm các proton và neutron đã nhanh chóng được phát triển bởi Dmitri Ivanenko và Werner Heisenberg. Một nguyên tử bao gồm một hạt nhân tích điện dương, với một đám mây các electron tích điện âm bao quanh nó,
liên kết với nhau bằng lực tĩnh điện. Hầu như toàn bộ
khối lượng của một nguyên tử nằm trong hạt nhân, với sự đóng góp rất nhỏ từ đám mây điện tử. Proton và neutron liên kết với nhau tạo thành hạt nhân bằng lực hạt nhân.
Đường kính của hạt nhân nằm trong
khoảng 6985175659999999999 ♠ 1.7566 fm (6985175659999999999 1.7566 × 10 m) đối với hydro (đường kính của một proton) đến khoảng 6986117142000000000 11.7142 fm Các kích thước này nhỏ hơn nhiều so với
đường kính của chính nguyên tử (hạt nhân + đám mây điện tử), với hệ số khoảng 26.634 (bán kính nguyên tử urani là khoảng 6990156000000000000 ♠ 156 pm (6990156000000000000 ♠ 156 × 10 m)) khoảng 60.250 (nguyên tử hydro bán kính khoảng 6989529200000000000 52,92 chiều).
Nhánh vật lý liên quan đến nghiên cứu và hiểu biết về hạt nhân nguyên tử, bao gồm thành phần của nó và các lực liên kết nó với nhau, được gọi là vật lý hạt nhân.