Chadwick använde resultaten av sitt experiment för att komma fram till teorin att kärnan innehöll fler partiklar än bara protoner. Han baserade sin teori på två huvudsakliga observationer från sina experiment:

1. Avböjning av alfapartiklar: När alfapartiklar avfyrades mot en tunn guldfolie, avböjdes vissa i stora vinklar, vilket tydde på att de hade kolliderat med något massivt inuti atomen. Dessa kollisioner överensstämde med tanken att atomen innehöll positivt laddade partiklar (protoner) som stötte bort de positivt laddade alfapartiklarna.

2. Atomers neutralitet: Trots närvaron av positivt laddade protoner är atomer som helhet neutrala. Denna observation antydde att det också fanns negativt laddade partiklar i atomen för att balansera ut den positiva laddningen.

För att förklara dessa observationer föreslog Chadwick att kärnan innehöll en tredje typ av partikel förutom protoner:neutronen. Neutroner är neutrala partiklar med ungefär samma massa som protoner, och de hjälper till att balansera ut den positiva laddningen av protoner för att ge atomerna deras totala neutrala laddning.

Chadwicks teori om neutronen bekräftades av senare experiment, och det ledde till en bättre förståelse av atomens och kärnans struktur.