Ernest Rutherford explicou os desvios nas trajetórias das partículas alfa com sua famosa experiência de dispersão, que levou ao modelo nuclear do átomo. No experimento, partículas alfa foram disparadas contra uma fina folha de ouro. A maioria das partículas passava diretamente pela folha, mas algumas eram desviadas em ângulos variados, e algumas poucas até rebatiam diretamente para trás.
Rutherford propôs que esses desvios ocorriam porque o átomo não era uma "pudim de passas", como era sugerido pelo modelo de Thomson, mas sim que possuía um núcleo denso, pequeno e positivamente carregado. A maioria das partículas alfa passava direto porque encontrava apenas o espaço vazio do átomo, mas aquelas que se aproximavam do núcleo eram desviadas devido à forte repulsão eletrostática entre a carga positiva das partículas alfa e a carga positiva do núcleo. As partículas que eram desviadas em ângulos muito grandes o faziam porque tinham colidido quase frontalmente com o núcleo central, que, segundo Rutherford, continha quase toda a massa do átomo. Essa descoberta levou à conclusão do modelo nuclear do átomo, onde o núcleo central é rodeado por elétrons em torno de um grande espaço vazio.