1. Afbøjning af alfapartikler: Når alfapartikler blev affyret mod en tynd guldfolie, blev nogle afbøjet i store vinkler, hvilket indikerer, at de var stødt sammen med noget massivt inde i atomet. Disse kollisioner var i overensstemmelse med ideen om, at atomet indeholdt positivt ladede partikler (protoner), der frastødte de positivt ladede alfapartikler.
2. Atomers neutralitet: På trods af tilstedeværelsen af positivt ladede protoner er atomer som helhed neutrale. Denne observation antydede, at der også var negativt ladede partikler til stede i atomet for at afbalancere den positive ladning.
For at forklare disse observationer foreslog Chadwick, at kernen indeholdt en tredje type partikel ud over protoner:neutronen. Neutroner er neutrale partikler med omtrent samme masse som protoner, og de hjælper med at afbalancere protonernes positive ladning for at give atomer deres samlede neutrale ladning.
Chadwicks teori om neutronen blev bekræftet af senere eksperimenter, og det førte til en bedre forståelse af strukturen af atomet og kernen.