Idea bahawa semua jirim terdiri daripada zarah-zarah asas wujud sejak sekurang-kurang abad ke-6 SM. Doktrin falsafah atomisme telah dikaji oleh ahli-ahli falfasah Yunani seperti Leucippus, Democritus, dan Epicurus. Walaupun Isaac Newton pada abad ke-17 berpendapat bahawa jirim terdiri daripada zarah-zarah, namun John Dalton merupakan orang pertama secara rasminya menyatakan bahawa semua benda terdiri daripada atom-atom yang amat kecil pada tahun 1802.

Jadual berkala Dmitri Mendeleev yang pertama pada tahun 1869 membantu mengukuhkan pandangan yang tersebar luas pada sepanjang abad ke-19 bahawa atom-atom terdiri daripada elektron-elektron yang ringan dan proton-proton yang besar. Usaha-usaha J.J. Thomson pada akhir dekad 1890-an memastikan pandangan itu. Pada tahun 1911, Ernest Rutherford membuktikan bahawa proton-proton bertumpu di nukleus yang padat. Pada mula-mulanya, nukleus dianggap sebagai terdiri daripada proton dan elektron terkurung (supaya dapat menjelaskan perbezaan antara cas nuklear dengan nombor jisim), tetapi kemudian didapati bahawa nukleus itu sebenarnya terdiri daripada proton-proton dan neutron-neutron.

Pemeriksaan-pemeriksaan awal abad ke-20 dalam bidang fizik nuklear dan fizik kuantum memuncak dengan bukti-bukti pembelahan nuklear pada tahun 1939 oleh Lise Meitner (berdasarkan uji-uji kaji oleh Otto Hahn), dan pelakuran nuklear oleh Hans Bethe pada tahun yang sama. Penemuan-penemuan ini mewujudkan sebuah industri aktif untuk menghasilkan sejenis atom daripada jenis atom yang lain, dan membolehkan perubahan plumbum menjadi emas (walaupun tidak menguntungkan). Penemuan-penemuan ini juga menyebabkan perkembangan senjata-senjata nuklear.

Pada sepanjang dekad 1950-an dan 1960-an, amat banyak jenis zarah telah ditemui dalam uji-uji kaji penyerakan. Ini telah dirujuk sebagai "zoo zarah", tetapi gelaran ini tidak digunakan lagi selepas perumusan Model Piawai pada dekad 1970-an ketika bilangan zarah yang amat besar itu telah diterangkan sebagai gabungan-gabungan yang terdiri daripada hanya sebilangan kecil zarah-zarah asas.