هستهی اتم در مرکز اتم قرار دارد. شعاع هستهی اتم در حد ده به توان منفی پانزده متر است که به آن یک فمتومتر (fm) گفته می‌شود،
اما فیزیک‌دانان به پاس خدمات فیزیکدان بزرگ ایتالیایی-آمریکایی، انریکو فرمی، این طول را یک فرمی (fermi) می‌نامند. حجم هسته آنقدر کوچک است که تنها ۰/۰۰۰۰۱ حجم اتم را اشغال می‌کند. با این حال، بیشتر جرم اتم مربوط به هستهی آن بوده و حدود ۹۹/۹۹۹۴ درصد جرم اتم را به خود اختصاص می‌دهد. اگر یک اتم را در ابعاد یک استادیوم بزرگ فوتبال در نظر بگیریم، هستهی آن شبیه یک نخود در مرکز زمین بازی است. حال تصور کنید، کل کل جرم یک استادیوم بزرگ فوتبال، در یک نخود متمرکز شده باشد. این جسم کوچک بایستی چگالی بسیار بالایی داشته باشد. بله حدس ما درست است.
چگالی هستهی اتم چیزی در حدود ۲۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰ کیلوگرم به متر مکعب است، در حالیکه چگالی آب، هزارکیلوگرم به مترمکعب است.
حال اگر آن نخود در مرکز استادیوم چگالی معادل چگالی هستهی اتم داشته باشد، با فرض اینکه قطر نخود نیم سانتی‌متر باشد، جرم آن به حدود ۱۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰ کیلوگرم می‌رسد. تصور کنید که نخود جرمی حدود دو برابر جرم هرم بزرگ جیزه از اهرام مصر، داشته باشد. اگر چنین ماده‌ی چگالی در زمین می‌یافتیم و سد کرج را از آن پر می‌کردیم، جرم آن، به اندازه‌ی جرم هفت کره‌ی زمین می‌شد. البته ما در زمین، این ماده‌ی بسیار چگال را، به صورت توده یافت نمی‌کنیم. اما چنین ماده‌ای در نوع خاصی از ستاره‌ها، به نام ستاره‌های نوترونی یافت می‌شود. جنس ستاره‌ی نوترونی از جنس هستهی اتم است. در اتم‌های سازنده‌ی این ستاره‌ها، در اثر نیروی گرانشی شدید، الکترون‌ها و پروتون‌ها، با نوترون‌های هسته ادغام شده اند. می‌توانیم ادعا کنیم زمانی که به یک ستاره‌ی نوترونی نگاه می‌کنیم، در واقع در حال تماشای هستهی اتم در ابعاد بسیار عظیم هستیم. یک جرم بسیار زیاد در حجمی بسیار کوچک.