Vào đầu thế kỷ 19, các nghiên cứu khoa học của John Dalton và Amedeo Avogadro đã giúp củng cố thuyết nguyên tử của vật chất, một ý tưởng mà về sau được James Clerk Maxwell, Ludwig Boltzmann và nhiều nhà khoa học khác tiếp tục xây dựng để hình thành nên thuyết động học chất khí. Những kết quả của thuyết động học đã phần nào làm sáng tỏ quan điểm rằng vật chất được cấu tạo bởi nguyên tử, song, lý thuyết này vẫn còn những thiếu sót chỉ có thể giải quyết được nhờ sự phát triển của cơ học lượng tử. Dù khái niệm ban đầu về nguyên tử từ triết học Hy Lạp cho rằng chúng là đơn vị không thể chia nhỏ – cụm từ "nguyên tử" lấy từ nguyên gốc trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là "không cắt nhỏ được" – nhưng thế kỷ 19 đã chứng kiến sự xuất hiện các giả thuyết về cấu trúc hạ nguyên tử. Một thành tựu quan trọng liên quan vấn đề này là quan sát của Michael Faraday năm 1838 về một lớp sáng được tạo ra nhờ phóng điện bên trong một ống thủy tinh chứa khí ở áp suất thấp. Công trình của Faraday sau đó tiếp tục được phát triển bởi Julius Plücker, Johann Wilhelm Hittorf và Eugen Goldstein dẫn đến sự nhận diện tia âm cực, vốn được J. J. Thomson phát hiện có chứa các hạt hạ nguyên tử mà về sau được gọi là electron.Vấn đề bức xạ vật đen được Gustav Kirchhoff khám phá vào năm 1859. Đến năm 1900, Max Planck đưa ra giả thuyết rằng năng lượng được bức xạ và hấp thụ trong các "lượng tử" (hay gói năng lượng) rời rạc khớp chính xác với các dạng bức xạ vật đen quan sát được. Từ lượng tử bắt nguồn từ tiếng Latinh, có nghĩa là "lớn như thế nào" hoặc "bao nhiêu". Theo Planck, các đại lượng năng lượng có thể được coi chia thành các "phần tử" có độ lớn (E) tỷ lệ với tần số (ν) của chúng:
Vào đầu thế kỷ 19, các nghiên cứu khoa học của John Dalton và Amedeo Avogadro đã giúp củng cố thuyết nguyên tử của vật chất, một ý tưởng mà về sau được James Clerk Maxwell, Ludwig Boltzmann và nhiều nhà khoa học khác tiếp tục xây dựng để hình thành nên thuyết động học chất khí. Theo Planck, các đại lượng năng lượng có thể được coi chia thành các "phần tử" có độ lớn (E) tỷ lệ với tần số (ν) của chúng: