La tercera partícula fundamental es el neutrón, descubierto en 1932 por James Chadwick (1891-1974) al bombardear una lámina de berilio con partículas alfa, observó la emisión por parte del metal de una radiación de muy alta energía, similar a los rayos gamma.  Estudios posteriores demostraron que dicha radiación estaba formada por partículas neutras (no responden a los campos electricos) de masa ligeramente superior a la de los protones.

El descubrimiento del neutrón permitió entender la razón por la que el átomo de helio tiene una masa 4 veces superior a la del hidrógeno, conteniendo sólo dos protones.  La explicación radica en la existencia de 2 neutrones en su núcleo.