早在1906年，博尔特伍德在耶鲁大学就证明了锿不能与钍分离。1910年，W．马克沃尔德(W．Marckwald)、F·索迪、O·哈恩证明了新钍(由哈恩发现)和镭同样具有不可分性，以后又发现了其他例子。1913年，卢瑟福把从铅中分离RaD的任务交给了两名研究人员G．德 ．亥维赛和F．A．帕内思(F．A．Paneth)，他们是奥匈帝国人，正在卢瑟福的实验室作访问学者。卢瑟福对这两名研究人员说“如果你们是称职的化学家，就分开它们”。他们竭尽全力，千方百计干了两年之后，最终这两位不走运的人只好放弃了这件事。
但是，德·亥维赛和帕内思发明了示踪技术，因而得以转败为胜。示踪技术因为后来发现了人造放射性而更具价值，它是现代科学中最强有力的技术之一，其重要性也许可与显微镜相比。下面叙述的就是示踪技术的工作原理：当给定了一些化学性质相同而放射性不同的物质时，人们就可进行这样的实验，在实验的过程中，即使在发生了种种复杂的反应之后放射性原子仍可以被辨认，例如，假使人吃了混有放射性钠盐的普通食盐，那末，对一滴血或小便作放射性研究将会揭示出，在血或小便的试样里，有多少被人体吸收了的放射性钠。辨认带放射性标记原子的本领，可解决一些用别的方法无法解决的重要的问题。
从此，放射性物质的同位素概念建立了，而同位素这个名称是索迪于1913年首先使用的。这个名称表明同位素在元素周期表中有“相同的位置”。不久，同位素概念就被扩展到稳定核。1912年，汤姆逊发现的种种迹象表明，同位素现象不光限于放射性元素，而是许多元索都具有的普遍特性。汤姆逊用所谓抛物线法测量了正离子的荷质比。在这种方法中，用相互平行而与电荷为e、质量为m的离子的速度垂直的磁场和电场使一离子束产生垂直偏转。假使电场E和磁场B沿x轴方向、离子沿z轴方向运动，那么，其偏转方向应是这样的：具有相同比率e/m的离子落在一条位于与离子束速度垂直的平面内的抛物线上，且同离子的速度大小无关。
当JJ．汤姆逊把此种方法应用于氖的时候，他发现该元素包括有质量是氢质量20倍和22倍的两种离子。汤姆逊设想质量为22的离子可能是由化合物NeH2引起的，但又发现这一假定出现了巨大的困难。1913年，把氖分离成不同同位素的各种尝试都只是获得部分的成功。汤姆逊的研究打开了质谱学的领域，这个领域在第一次世界大战后，由于F．W．阿斯顿(F．W ．Aston，1877-1945)的工作而取得巨大的成就。阿斯顿研制了质谱仪，使得测到的离子质量具有愈来愈高的精确度。
阿斯顿取得的重要成果之一，就是发现当用O16原子量的1/16为单位，测量精度为千分之一时，所有原子，除氢和锂之外，其相对原子量均为整数。于是，就假定核是由质子和电子组成的。质子决定质量，电子起调节电荷的作用，由于其重量大约只是质子的1/1840，对核质量不会产生大的影响。偏离“整数原则”被解释为是由于按爱因斯坦定律E=mc2自由粒子结合时产生的质量亏损造成的。
还是让我们来谈谈曼彻斯特吧。原子模型经卢瑟福提出之后，进一步加以发展的是玻尔而不再是卢瑟福，卢瑟福对β和γ射线的研究，取得了有价值的、但并非是革命性的结果。当时，英国已卷入了第一次世界大战，曼彻斯特实验室的工作人员大为减少。卢瑟福也越来越多地卷入了海军工作，为保卫大英帝国效力。为此，他奉命到了美国，在华盛顿度过了相当长的时间。在此期间，他受封成为欧内斯特爵士。在战争岁月中，卢瑟福仍然能够同奥地利的斯特芬·迈耶、德国的盖革保持通信联系，这是较为文明的时代的一个标志。而盖革则为卢瑟福的得意门生--查德威克安排在德国继续从事研究工作。查德威克在战争期间被俘，并被拘留在德国。