اتضح أن المدخل إلى معرفة سر تركيب الذرة هو اكتشاف النشاط الإشعاعي سنة ١٨٩٦. وعلى غرار اكتشاف أشعة إكس قبل هذا العام ببضعة أشهر، كان هذا الاكتشاف مصادفة موفَّقة، وإن كان في كلتا الحالتين مصادفةً موفَّقةً تحتم إجراؤها في مختبر للفيزياء في غضون هذه الفترة. كان فيلهلم رونتجن يُجري تجاربَه على أشعة الكاثود مثل كثير من علماء الفيزياء في تسعينيات القرن التاسع عشر. وقد تبين بالمصادفة أنه عند اصطدام هذه الأشعة — الإلكترونات — بجسم مادي، فإن التصادم ينتج عنه أشعةٌ ثانوية. وهذه الأشعة غير مرئية إلا أنه يمكن الكشف عنها من خلال تأثيرها في الألواح الفوتوغرافية أو الأفلام، أو من خلال تأثيرها في قطعة من جهاز تسمى الشاشة الفلورسنتية، تُصدر شررا من الضوء عندما تصطدم بها الأشعة. وقد تصادف أن رونتجن كانت لديه شاشة فلورسنتية موضوعة على طاولة بالقرب من تجربته بأشعة الكاثود، وسرعان ما لاحظ أن هذه الشاشة تتوهج عندما يبدأ أنبوب التفريغ في تجربة أشعة الكاثود في العمل. وقد أدى به ذلك إلى اكتشاف الأشعة الثانوية التي أطلَق عليها «إكس»؛ لأن إكس يرمز عادة إلى الكِّمية المجهولة في المعادلات الرياضية. وسرعان ما تبين أن أشعة إكس تسلك سلوك الموجات (نحن نعرف الآن أنها صورة من الإشعاع الكهرومغناطيسي، تشبه إلى حد ٍ بعيد موجات الضوء، لكن أطوالها الموجيَة أقصر منه بكثير)، وقد ساعد هذا الاكتشاف الذي تم التوصل إليه في مختبر ألماني في تأكيد وجهة نظر معظم العلماء الألمان في أن أشعة الكاثود لا بد أن تكون أيضا موجات.

أعلن عن اكتشاف أشعة إكس في ديسمبر سنة ١٨٩٥ وأحدث ذلك ثورةً في المجتمع العلمي. وقد حاول باحثون آخرون إيجاد طرق أخرى لإنتاج أشعة إكس أو أشكال ذات صلة من الإشعاع، وكان أول َمن نجح في ذلك هو هنري بيكريل في باريس. وكانت أكثر السمات المثيرة للاهتمام في أشعة إكس هي الطريقة التي تمر بها دون أي عوائق خلال الكثير من المواد المعتمة، مثل الورقة السوداء، لينتج عنها صورة على لوح فوتوغرافي لم يتعرض للضوء. وكان بيكريل مهتما بظاهرة الفسفرة، أو الوميض الفسفوري، التي تعني انبعاث الضوء بواسطة مادة سبق لها أن امتصت الضوء. ولا تبعث الشاشة الفلورسنتية — على غرار تلك التي وردت في اكتشاف أشعة إكس — بالضوء إلا إذا » اثريت» بواسطة إشعاع ٍ ساقط عليها؛ ذلك حيث يكون للمادة الفسفورية القدرةُ على ُ اختزان الأشعة الساقطة عليها ثم إطلاقها على شكل ضوء، يخفت ببطء ويتلاشى، على ٍ مدى ساعات بعد وضعها في الظلام. وكان من الطبيعي البحث عن علاقة بين ظاهرة الفسفرة وأشعة إكس إلا أن ما اكتشفه بيكريل لم يكن متوقَعا، تماما مثلما حدث مع اكتشاف أشعة إكس.