在古代，炼金术士幻想找到某种方法，能够将普通的铜铁铅锡等金属转变成黄金白银，最终都失败了。当时的人们由此得出了结论，不可能通过化学反应，将一种元素变成另一种元素。炼金术士的梦想真的永远不能实现吗？
20世纪初，英国科学家卢瑟福通过α粒子轰击金箔的大角度散射实验，首次证实了原子的存在，并据此提出了新的原子模型，认为原子是由原子核和在外面环绕的电子所组成，不同元素的原子核大小和电子的数目各不相同。随后，他带领研究人员做了大量实验，开始探索原子核内部的秘密。
卢瑟福的学生莫塞莱在测定各种元素产生的X射线波长时发现，这些波长的排列次序与元素在周期表中的次序相一致，而且随元素原子量的增大均匀而有规则地递减，首次证实了核外电子环的存在。莫塞莱将各种元素的排列次序称为“原子序数”，它与原子核所带的单位电荷数即核电荷数相同。
1914年，卢瑟福带领研究人员利用α粒子轰击氢气，结果得到带正电的氢原子核。根据对入射粒子偏转情况的分析，估算出氢原子核的半径约为10-14m，大约只有氢原子半径的万分之一。原子的绝大部分质量集中在如此小的原子核内，因此核内物质的密度一定极高，它比通常物质的密度大约高出1万亿倍，相当于每立方厘米的核物质约有上千吨重。
由于它和电子带有相等且相反的电荷，卢瑟福认为它是作为电子对偶的一种基本粒子，给它重新取了个名字，叫做质子，认为原子可能是由电荷相互平衡的电子和质子组成的。
1919年，卢瑟福接替汤姆逊担任卡文迪什实验室主任，他决心敲开原子核的大门。由于阴极射线的能量太小，卢瑟福选择镭衰变时产生的高速α粒子作为轰击的“炮弹”，目标不再用金箔或氢气而是改用氮气。实验中发现了氢原子核，证明它就是质子。后来他又将目标换为氖、镁、硅、硫、氯、氩和钾，结果都出现了氢原子核，证明所有元素的原子核中都有质子存在，只是数量不同而已，而失去质子的原子核则变成了另一种元素。
这是人类有史以来首次打破原子核的人工核反应，将一种元素转变成了另一种元素。不过用这种方式，只能将极个别的原子核变成另一种原子核，以目前的技术手段，仍无法实现炼金术士将一种金属变成另一种金属的梦想。即使未来能够做到，成本恐怕也远远超出黄金白银的实际价值。
