pierwiastki charakteryzują również poziomy jądrowe, które odpowiadają stanom energetycznym z udziałem cząstek tworzących jądro atomowe. Przejściom między dwoma jądrowymi poziomami energetycznymi towarzyszy promieniowanie elektromagnetyczne (promieniowanie gamma), podobnie jak to ma miejsce w przypadku poziomów elektronowych, jednak różnice energii poszczególnych stanów jądrowych są znacznie większe, zatem i emitowane promieniowanie ma większą energię. Różnica energii sąsiednich poziomów jądrowych są rzędu miliona elektronowoltów, podczas gdy dla poziomów elektronowych są to wielkości rzędu elektronowoltów.<br>W 1932 r. J. Chadwick odkrył neutron, cząstkę o masie zbliżonej do masy protonu (jądra wodoru), jednak pozbawioną ładunku elektrycznego, a W. Heisenberg wykazał, że jądra atomowe zawierają protony i neutrony