Model Rutherforda działał całkiem dobrze do momentu prowadzonych przez Franca Rasettiego na Caltech badań nad spinem. Od roku 1925 wiadomo było, że elektrony i protony mają spin równy 1/2, więc zgodnie z modelem Rutherforda jądro atomu azotu-14 powinno mieć spin 1/2 (w modelu tym jądro miało zawierać 14 protonów i 7 elektronów, dając wypadkowy ładunek +7; 20 z tych cząstek równoważyło swój spin, a dwudziesta pierwsza zmieniała spin na 1/2). Jednak Rasetti odkrył, że jądro azotu-14 ma spin równy 1.
Odkrycie neutronu W roku 1932 Chadwick odkrył, że promieniowanie zaobserwowane przez Walthera Bothe, Herberta Beckera oraz Irène i Frédéric Joliot-Curie wywoływane jest przez obojętną elektrycznie cząstkę o masie zbliżonej do masy protonu, nazwaną przez niego neutronem. W tym samym roku Dmitri Ivanenko zasugerował, że neutron ma spin równy 1/2, i że to neutrony są odpowiedzialne za masę jądra, oraz że jądro nie zawiera elektronów, a jedynie protony i neutrony.