알파 입자 혹은 알파선은 높은 이온화 특성을 지니는 입자 복사의 하나이다. 그리스 문자의 첫 번째 문자인 α에서 이름을 가져왔다. 투과성은 낮다. 두 개의 양성자와 두 개의 중성자로 구성되어 있다. 즉 헬륨과 동일한 구성을 지니며, 이러한 이유로 He2+로 쓰이기도 한다. 황화아연 섬광막과 이온화 상자에 알파 입자를 발사한 후 알파 입자의 개수와 전하를 측정했고 총 전하를 알파 입자의 개수로 나누어 알파 입자가 +2 전하를 띤 다는 사실을 알아냈다. 이번 발견은 알파 입자를 이용하여 조지프 존 톰슨의 이른바 "자두푸딩" 형태라던 원자 모형(양전하와 음전하가 골고루 분포하여 원자가 중성을 유지한다는 모형)이 틀렸다는 것을 증명하였다. 그는 알파 입자에 부딪히면 빛이나는 스크린에 얇은 금박을 가로막아 두었다. "자두푸딩" 모형이 맞다는 가정하에, 알파 입자는 금박의 퍼져있는 양전하와 반응해서 약간 휘어져야만 할 것이다. 하지만 일부 알파 입자는 예상보다 매우 큰 각도로 휘었으며, 일부는 되튕기기까지도 했던 것이다. 비록 대다수의 알파 입자가 예상대로 직진하기는 했지만, 되튕기기까지 한 알파 입자를 보면 대포를 종이에 대고 쏘았더니 되돌아온 꼴이다. 곧 원자의 양전하는 중심의 매우 조그만 영역에 집중되어 있어서, 알파 입자와 같은 양전하를 되튕길 정도라고 결론지었다. 원자의 양전하는 어디에 집중되어 있으며, 그것의 정체는 무엇일까?