Атомное ядро как устойчивая или квазиустойчивая квантовомеханическая система элементарных частиц — протонов и нейтронов — обладает дискретным спектром энергетических уровней. Прямым указанием на наличие энергетических уровней ядра служат дискретные спектры альфа-лучей, наблюдающиеся при альфа-распаде естественно-радиоактивных элементов, а также монохроматические группы гамма-лучей, которые сопутствуют альфа- или бета-распаду ядер. Другим, не менее убедительным экспериментальным доказательством существования энергетических ядерных уровней являются резонансные эффекты, наблюдающиеся при различного рода ядерных процессах, к числу которых относятся процессы рассеяния нейтронов, протонов и альфа-частиц ядрами, процессы захвата (реакции n, γ и p, γ) и реакции расщепления ядер, идущие при наличии энергетического резонанса с повышенным поперечным сечением.