Çekirdeğin yapısı hakkında pek çok şey bilinmekle beraber araştırmalar süregelmektedir. 
Atom yarıçapı 10-10 m büyüklüğünde, atom çekirdeğinin yarıçapı ise 10-15 m büyüklüğündedir. Atom çekirdeğinin yarıçapının kütle numarasının küp kökü ile orantılı olduğu bulunmuştur. Eğer çekirdeğin küresel olduğu varsayılırsa, çekirdek hacminin kütle numarası ile orantılı olması beklenir.
Diğer bir deyişle çekirdeğin kütlesi, hacmini belirleyecek ve sonuçta çekirdek yoğunluğunun bütün atom çekirdekleri için sabit olması gerekecektir. Bu yoğunluk yaklaşık 1,44×1014 g cm-3’tür ve çok büyük bir sayıdır. Karşılaştırma için, en ağır metallerden biri olan platinin yoğunluğunun 22 g cm-3 olduğunu belirtelim. Bir sıvının yoğunluğu sabit ve damlanın şeklinden bağımsız olduğundan, bütün çekirdeklerin aynı yoğunlukta olması gereği, çekirdek içi sıvı damlası modelinin önerilmesine yol açmıştır. Fakat nükleonları bir arada tutan çekirdek kuvvetlerinin yapısı henüz bütünüyle anlaşılmış değildir.
Bununla beraber, çekirdek kararlılığını belirleyen bazı ilginç gerçekler vardır. Aşağıdaki şekilde radyoaktif olmayan (kararlı) çekirdekler için nötron sayıları, proton sayılarına karşı grafiğe alınmıştır (Beta kararlılık çizgisi). Kararlı izotoplara ait noktalar, kararlılık kuşağı adı verilen dar bir band üzerinde bulunurlar. Düz çizgi ise, eşit sayıda proton ve nötron taşıyan çekirdekler için çizilebilir. O halde hafif elementlerde (Z≤20) proton ve nötron sayıları çoğunlukla eşit olduğu halde, ağır elementlerde protondan çok nötron bulunmaktadır ve kararlılık kuşağı sona doğru nötron/proton oranı 1,5’a kadar artmaktadır. Protonların sayısı artarsa, aralarındaki itmeyi yenmek için gittikçe daha fazla sayıda nötron bulunması gereği açıktır. 
Fakat kararlı bir çekirdekte bulunabilecek en fazla proton sayısı da (nötron sayısı ne olursa olsun) bellidir ve bu sınır sayıya “Bi” da erişilir. Daha büyük çekirdekler vardır, fakat hepsi radyoaktiftir.
Kararlılık kuşağı dışındaki çekirdekler kararsızdırlar ve daha kararlı bir nötron/proton (n/p) oranına erişmek için radyoaktif dönüşümlere uğrarlar. Böylece bazı elementlerin niçin radyoaktif parçalanmaya uğradıkları anlaşılmış olur.
Çekirdek kararlılığı ile ilgili gözlemlerden bir diğeri, çift sayıda proton ve nötron içeren çekirdeklerin, tek sayıda proton ve nötron içeren çekirdeklerden daha kararlı oluşlarıdır. Örneğin, çift sayıda proton ve nötron içeren 157 kararlı izotop vardır, fakat yalnız 5 çekirdekte tek sayıda proton ve nötron bulunur. Atom numarası tek olan elementler için kararlı izotop sayısı en çok iki olduğu halde, atom numarası çift olan elementlerde bu sayı ona kadar çıkabilir. Bazı özel sayıda proton ve nötron içeren çekirdekler çok kararlıdır. Bu sihirli sayılar, proton ve nötronlar için 2, 8, 20, 28, 50, 82 ve nötronlar için 126’dır. Hem proton ve hem de nötron sayıları sihirli olan çekirdekler aşırı kararlıdırlar.
