电子是1897年汤姆逊研究阴极射线的时候发现的，质子是卢瑟福用alpha射线(氦核)轰击氮核时发现的，而中子则是1932年查德维克在铍辐射中证明存在的。这些发现促生了原子尺度的量子物理学。
与此同时，1931年，钱德拉塞卡发现白矮星存在一个质量上限，不能超过1.4个太阳质量，否则电子的简并压就不足以抗衡致密星体的引力压，白矮星会继续塌缩下去。白矮星是约为太阳质量的恒星进行完核燃烧后形成的致密星体，其半径约为地球尺度。请参考前面白矮星的话题：白矮星的发现之一和追寻千年的“客星”。
电子和质子，中子一样，属于费米子，满足泡利不相容原理，即两个费米子不能同时拥有一个量子态。结合海森伯的不确定原理，致密的电子气体会产生简并压，可以抗衡引力。如果超过钱德拉塞卡极限质量，电子简并压就不足以抗衡引力。
同一年，郎道提出可能存在原子核密度的星体，当物质密度超过原子核密度时，核子可能形成一个巨大的原子核，其时中子尚未被发现。1934年兹维基和巴德提出超新星爆发可以产生中子星。超过钱德拉塞卡极限质量的致密星体将把电子和质子压缩在一起，形成中子，中子简并压开始起作用，以抗衡引力，就会形成了中子星，其半径仅仅为10公里。与白矮星类似，中子星也有一个上限质量，约为3个太阳质量，如果恒星塌缩形成的致密星体高于这个上限，中子简并压也不能抗衡引力，那时致密星体就会一直塌缩下去，形成黑洞。下图为1054超新星爆炸形成的快速旋转的中子星搅动着周围的星云，如图1和图2所示。
随着二战发展起来的射电和火箭技术在天文学找到了应用。1967年贝尔和休伊什发现了射电脉冲星——即旋转的中子星，它们大都属于孤立的中子星。1971年伽科尼等人利用第一颗X射线卫星发现了X射线脉冲星——双星系统里面的旋转中子星。1974年发现了双中子星星系统。2017年同时观测到了双中子星并合导致的引力波辐射和电磁辐射。人们正在建造更灵敏的仪器来探究这些巨型原子核导致的天文现象，奥秘的探索好像没有尽头。
