İsminden de anlaşılacağı gibi atom fiziği atomun çekirdeğini inceleyen bir fizik koludur. Atom çekirdekleri proton ve nötronlar denen birbirine sımsıkı örülmüş bir grup zerreciklerden yapılmıştır. Protonlar pozitif yüklü, nötronlar da yüksüz olduklarından çekirdek bütün olarak pozitif yük taşır. Atomun bütün ağırlığı çekirdeğininkinden ibarettir.
Her hangi bir elementin her atomu aynı sayıda protonları taşır. Fakat aynı elementin atomları değişik sayıda nötronlar ihtiva edebilir. Bu bakımdan bir elementin birden fazla atom ağırlığı olabilir. Hidrojen çekirdeğinde yalnız bir proton olduğu için, periyodik sistemde 1 numara ile gösterilir. Fakat döteryum ya da ağır hidrojenin çekirdeğinde bir proton bir nötron vardır. Bunun atom ağırlığı bu sebeple 1 + 1 = 2!dir . Hidrojen ve döteryum gibi aynı proton sayısına, fakat değişik atom ağırlığına sahip elementlere izotop denir. Tabiatta bulunan hemen bütün elementler dengeli ise de bir çoklarında radyoaktif izotoplar vardır. yani çekirdekleri parçalanıp bünyesinden ışın ve zerrecikler fırlatırlar. Atom fizikçileri elementleri atomik zerrecikler ile bir atom parçalayıcı cihaz içinde bombardıman ederek radyoaktif izotoplar yapabilirler.