دانشمندان دریافته اند که کوچک‌ترین جزء در طبیعت اتم نیست، بلکه اتم از اجزای کوچک‌تری به نام الکترون‌ها و هسته تشکیل شده‌است. به این ترتیب شاخه جدیدی در علم فیزیک به نام فیزیک اتمی-مولکولی بوجود آمد. دانشمندان متوجه شدند که الکترون های اتم به دور هسته اتم در حال چرخش هستند.
تمرکز فیزیک دانان در فیزیک اتمی بر بررسی نقل و انتقال الکترون‌های اطراف هسته و خواص آنها بوده هسته را مرکزی با بار مثبت در نظر می گیرند. فیزیک اتمی به دنیای بی‌نهایت کوچک‌ها برمی‌گردد چرا که ما در فیزیک‌اتمی به بررسی ساختار ذره‌ای به نام اتم می‌پردازیم و این که اتم چگونه تشکیل شده و چه ویژگی‌هایی دارد؟
اپتیک کاربردی، اسپکتروسکپی، روش‌های تجربی در فیزیک اتمی، کاربردهای لیزر، تکنیک خلاء مهمترین دروس تخصصی گرایش اتمی ـ مولکولی را تشکیل می دهند.