In der Kernphysik existiert bisher kein einheitliches Modell zur umfassenden Beschreibung aller Vorgänge im Atomkern. So gibt es für die Erläuterung unterschiedliche Fragestellungen verschiedene Modellvorstellungen vom Atomkern.

Das 1936 von Niels Bohr formulierte Tröpfchenmodell beschreibt einen Atomkern in Analogie zu einem Flüssigkeitstropfen. Dabei besteht die Analogie darin, dass wie in einem Tropfen die Dichte im Atomkern konstant ist und dass neben der Coulomb-Abstoßung zwischen den Protonen eine anziehende Kraft mit kurzer Reichweite besteht.

Das Tröpfchenmodell kann die durchschnittliche Bindungsenergie pro Nukleon auf der Basis einer von Carl Friedrich von Weizsäcker aufgestellten Formel (heute Bethe-Weizsäcker-Formel genannt) gut vorhersagen. Es wurde zur Erklärung der 1938 von Hahn und Straßmann entdeckten Kernspaltung angewandt.

Ähnlich dem Schalenmodell in der Atomphysik gibt es auch in der Kernphysik ein Schalenmodell, das es erlaubt, die Energiezustände eines einzelnen Nukleons zu berechnen. Das 1949 von Wigner und Goeppert-Mayer entwickelte Schalenmodell des Atomkerns führt den Aufbau der Atomkerne auf quantenmechanische Gesetzmäßigkeiten zurück. Das Schalenmodell kann die besondere Stabilität mancher Kerne erklären.

So sind Kerne mit einer so genannten „magischen Nukleonenzahl” stabiler als solche, die mehr oder weniger Nukleonen besitzen. Als magische Zahlen bezeichnet man dabei die Protonen- und Neutronenzahlen, bei denen die Schalen voll besetzt sind. Werte der magischen Zahlen sind für Neutronen und Protonen z. B. 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Wenn man die Protonen betrachtet, sind die dazugehörigen Elemente Helium (2), Sauerstoff (8), Calcium (20), Nickel (28), Zinn (50) und Blei (82). Diese kommen sehr häufig in der Natur vor.

Ein doppelt magischer Kern besitzt eine magische Protonen- und eine magische Neutronenzahl, z. B. Helium-4 (2 Protonen, 2 Neutronen), Sauerstoff-16 (8 Protonen, 8 Neutronen), Blei-208 (82 Protonen, 126 Neutronen).

Neben diesen beiden gängigen Modellen gibt es eine Vielzahl weitere Modellvorstellungen.