1896 : Henri Becquerel découvre le phénomène de radioactivité naturelle.
1897 - 1898 : Marie Curie met en évidence la radioactivité du thorium et découvre deux nouveaux éléments chimiques, eux aussi radioactifs : le polonium et le radium.
1899 : André Debierne découvre un nouveau radioélément : l'actinium
1898 - 1900 : Ernest Rutherford et Paul Villard mettent en évidence les propriétés électromagnétiques et donc la nature des rayonnements émis. L'origine de ces rayonnements demeure toutefois inconnue.
1901 - 1902 : Ernest Rutherford et Frederick Soddy découvrent la nature atomique de l'émanation produite par le thorium. Ils établissent la toute première famille de radioéléments : celle du thorium et formule leur loi des transformations radioactives.
1903 : Ernest Rutherford et Frederick Soddy formulent la loi de décroissance radioactive. Marie Curie soutient sa thèse de doctorat intitulée "Recherches sur les substances radioactives". Conjointement à son mari et à Henri Becquerel, elle se verra décerner le prix Nobel de physique par l'Académie de Stockholm.
1904 - 1905 : Albert Einstein déduit de ces découvertes l'équivalence matière-énergie.
1908 : Ernest Rutherford et Hans Geiger réalisent le premier compteur de particules individuelles.
1911 : Marie Curie se voit décerner le prix Nobel de chimie pour la qualité de ses travaux de recherche sur le radium. Charles Wilson imagine un dispositif permettant de photographier les trajectoires des particules chargées. Frederick Soddy découvre l'isotopie. L'étude de la diffusion de particules émises par les radioéléments conduit Ernest Rutherford à établir le modèle planétaire de l'atome.
1913 : Niels Bohr introduit la constante de Planck dans le modèle planétaire de Rutherford. Frederick Soddy, Fanjans et Russel formulent les lois de déplacement radioactives.
1919 : Ernest Rutherford réalise la toute première réaction nucléaire : la transmutation d'un atome d'azote en atome d'oxygène.
1920 : Niels Bohr formule son principe de remplissage des couches électroniques de l'atome.
1924 : Louis de Broglie formule la dualité onde-corpuscule.
1927 : Frédéric Joliot imagine un dispositif de suivi, en temps réel, de la désintégration des radioéléments.
1928 : Sur la base des travaux réalisés par Irène Curie, Solomon Rosenblum établit une relation entre l'énergie des particules émises par un radioélément et la longueur de sa trajectoire. George Gamow découvre l'effet tunnel.
1931 : Frédéric Joliot imagine une chambre Wilson à pression variable. Paul Dirac annonce l'existence du positon.
1932 : Frédéric Joliot crée la première paire électron-positon. John Cockcroft et Ernest Walton réalisent la toute première désintégration nucléaire artificielle. Ernest Orlando Lawrence réalise le tout premier cyclotron. Harold Urey découvre le deuterium, cet isotope lourd de l'atome d'hydrogène. James Chadwick découvre l'existence du neutron.
1933 : Werner Heisenberg décrit son modèle du noyau de l'atome. Enrico Fermi introduit le neutrino

1933 : Irène et Fédéric Joliot-Curie découvrent le phénomène de radioactivité artificielle.
1934 : L'équipe d'Enrico Fermi découvre un grand nombre de nouveaux radioélémets produits artificiellement, dont certains n'existent pas dans la nature. Tels les transuraniens.
1935 : Pour leur découverte, Irène et Frédéric Joliot-Curie recoivent le prix Nobel de chimie. Celui de physique est décerné à James Chadwick pour sa découverte du neutron.
1937 : Lise Meitner et Otto Hahn découvrent la fission nucléaire.
1939 : Frédéric Joliot parvient à photographier les trajectoires d'un fragment de fission de l'uranium irradié. Niels Bohr et John Wheeler développent une théorie quantitative de la fission nucléaire. Frédéric Joliot imagine et réalise la réaction en chaîne divergente.
1940 : Les travaux sur la réaction en chaîne cessent. Les Allemands occupent le laboratoire de chimie nucléaire du Collège de France.
1941 - 1942 : La mise en route du cyclotron du Collège de France permet la découverte de nouveaux radioéléments artificiels. Installée à Chicago, l'équipe d'Enrico Fermi crée la première pile atomique.
1945 : Le larguage de deux bombes nucléaires sur des villes japonaises sonne la fin de la guerre.
1946 : Face au risque de guerre froide, De Gaulle charge Frédéric Joliot de doter la France de l'arme nucléaire.
1948 : L'équipe de Lew Kowarski parvient à faire fonctionner la première pile atomique française : ZOE.
1950 : Frédéric Joliot lance, depuis Stockholm, son fameux appel pour la paix.
1957 : Les participants à la conférence Pugwash recommande l'arrêt des essais nucléaires... en vain !

1935 - 2000 : Les radioéléments nouvellement découverts (terres rares, transuraniens, ...) sont intégrés à la classification périodique des éléments. Sur le diagramme de Ségré, ils se distribuent de part et d'autre de la vallée de stabilité, en fonction de leur mode de désintégration. Grâce à l'utilisation d'accélérateurs toujours plus grands, notre connaissance du noyau atomique a fortement progessé. Une théorie du noyau est née, voisine de celle des électrons périphériques.