כל הפרוטונים והניוטרונים המחוברים באטום יוצרים גרעין אטומי זעיר, ונקראים יחד נוקליונים. רדיוס הגרעין שווה בערך ל-1.07 3√A fm, כאשר A הוא מספר הגרעינים הכולל. זה קטן בהרבה מרדיוס האטום, שהוא בסביבות 105 fm. הגרעינים מחוברים יחד על ידי פוטנציאל אטרקטיבי קצר טווח הנקרא כוח חזק שארית. במרחקים קטנים יותר מ-2.5 fm כוח זה חזק בהרבה מהכוח האלקטרוסטטי שגורם לפרוטונים טעונים חיובית להדוף אחד את השני. אטומים של אותו אלמנט יש את אותו מספר פרוטונים, הנקרא מספר אטומי. בתוך אלמנט יחיד, מספר הפרוטונים עשוי להשתנות, קובע את מספר הפרוטונים. מספר הגרעין כולו של הניוטרונים ופרוטונים קובע את מספר הפרוטונים. מספר הפרוטונים של הגרעין הוא כפול. מספר הפרוטונים של הגרעין קובע את מספר הפרוטונים.
נוקליונים