Chadwick usou os resultados de seu experimento para chegar à teoria de que o núcleo continha mais partículas do que apenas prótons. Ele baseou sua teoria em duas observações principais de seus experimentos:

1. Deflexão de partículas alfa: Quando partículas alfa foram disparadas contra uma fina folha de ouro, algumas foram desviadas em grandes ângulos, indicando que haviam colidido com algo massivo dentro do átomo. Estas colisões eram consistentes com a ideia de que o átomo continha partículas carregadas positivamente (prótons) que repeliam as partículas alfa carregadas positivamente.

2. Neutralidade dos átomos: Apesar da presença de prótons carregados positivamente, os átomos como um todo são neutros. Esta observação sugeriu que também havia partículas carregadas negativamente presentes no átomo para equilibrar a carga positiva.

Para explicar essas observações, Chadwick propôs que o núcleo continha um terceiro tipo de partícula além dos prótons:o nêutron. Os nêutrons são partículas neutras com aproximadamente a mesma massa dos prótons e ajudam a equilibrar a carga positiva dos prótons para dar aos átomos sua carga neutra geral.

A teoria do nêutron de Chadwick foi confirmada por experimentos posteriores e levou a uma melhor compreensão da estrutura do átomo e do núcleo.