Jądro atomowe ma rozmiar kilku femtometrów, czyli 10^-15 metra. Nie ma mikroskopów o takiej rozdzielczości – najdokładniejsze instrumenty, używające elektronów do obserwacji próbek, osiągają około 50 pikometrów (10^-12 m), co wystarcza, żeby zobaczyć pojedyncze atomy. Aby zbadać liczbę protonów i neutronów w jądrze mamy jednak kilka innych możliwości. Przede wszystkim możemy zmierzyć masę jądra, co da nam informacje o sumie liczby protonów i neutronów. Ponadto, jeżeli obedrzemy atom ze wszystkich elektronów, pozostawiając gołe jądro, możemy zmierzyć jego ładunek, równy liczbie protonów. Pomiary tego typu wykonuje się przyspieszając jądra i kierując je w pola elektromagnetyczne, gdzie ich tor ulega zakrzywieniu, w zależności od ich właściwości. Inne możliwości badań to np. obserwacja charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego, którego energia zależy od ładunku jądra, czy badania przemian jądrowych, podczas których zachodzą dobrze poznane procesy (np. emisja cząstki alfa, czyli dwóch protonów i dwóch neutronów), prowadzących do znanych wcześniej jąder, co umożliwia odtworzenie liczby protonów i neutronów początkowego jądra.