根据类比，我们似乎可以认为原子核内部的核子和原子的核外电子一样，也存在着壳层结构。当原子核中的质子和中子的数目都是2，8，20，28，50，126时，它们表示核子数正好填满一个完整封闭的壳层的数目，这相当于原子中满壳层电子的惰性气体如氦、氖、氩、氪、氙等。每一层所具有的最多核子数目（即幻数）是特殊的、一定的值，当一层最大数目核子填满后，其余的核子只能填在下一个层次里，依次类推。具有幻数中子或质子的原子核，它们核内的核子之间显得特别紧密，要想从这样的原子核内“拉”出其中一个核子特别费事，所以具有幻数的原子核就特别稳定。换言之，相对不具有幻数的原子核而言，原子核内核子之间结合较差，“拉”出其中一个核子，特别是拉出最外面挂单的核子也就比较容易。壳模型是综合许多实验事实基础上而提出的一种模型理论。
但是我们会提出这样的疑问，原子核外的电子是处在原子核这个强有力的中心力场的引力作用下运动，所以有这样的壳层结构；而原子核却不存在类似的强有力的中心力场对所有核子起作用，核子之间却又存在那样强的短程相互吸引力，原子核怎么会形成这样的壳层结构呢？在这个模型中，虽然核内役有像原子一样有一个中心力场，但是我们可以把原子核中的核子看作是一群互相独立的粒子，而每一个核子是处在除它之外的其余核子平均作用下的球形对称引力场中运动，每个核子好像都是各自独立在这有心力场确定的能量和角动量轨道上运动，它们之间各自处于自己特有的运动状态，互不干扰，因此常常又把这个模型称它为独立粒子模型。在这个模型中，可以认为一系列可能的能级相当于各种可能的“轨道”，这样一种“轨道”就与核外电子运动轨道有相似之处。因此根据这个理论，就容易把原子核一些低的能级类比为原子能级中所出现的壳层结构。由于质子和中子都是费米子，它们各自按“泡利不相容原理”从低到高依次填充在能级上，这样对某一个原子核来讲，由于里面几层的壳层逐层被确定的量子态核子所填满，所以在通常的情况下核子只能在确定轨道上运动或者说它们都有一定确定的态，彼此不会由于碰撞而发生什么扰动。打一个不确切的比喻，好像在教室里每个学生按其身长高低都已经安排好固定的坐位了，而且所有坐位都是逐个占满的，在通常的情况下，不会发生相撞而互相错乱，更不会产生几个学生同时坐在一个位置上；外面要另跑进一个学生到教室里来想占一个坐位，由于没有空位，也是不易跑进的；坐在后面几排的学生不能随便跑到前排别人坐好的位置上，也更不会跑到最前排外面空出的地方自由地走来走去。但是有这样的机会，即出于某种原因，最前排的少数学生有可能离开坐位到前面空着的几排尚未坐过人的位置去；还有这样的规律，即如果前面有几排空排的话，那么最前面的学生只可能逐步往前面一排一排空位置上去占领，在没有特别的情况下（指具有大的激发能量），他们不会一下子跳过几排到很前面去。壳模型的理论就是认为原子核内所有核子是这样逐个填空确定能级的。而原子核低激发态能级就是由于满壳外的核子除了它的最低能量状态时是处于紧挨着满壳层未满壳的若干能级外，其最最外面的核子是占据一个未填满的壳层里，它也最有可能首先被激发，去填那完全未填过任何核子的那些能级，这就是整个原子核所呈现的低激发态情形。通过这样的壳层模型理论计算，可以得到当核于数在2，8，20，28等几个幻数时原子核恰好具有满壳的性质，然而对于50，82，126三个幻数核却不能预言。后来直到20世纪40年代末梅尔提出对这个理论进一步加以修正，就是除了考虑核子在轨道上运动的角动量之外，还应考虑由于核子自己本身的自旋运动，要加进轨道角动量与自旋运动强烈的相互作用，即要考虑原子核内中子（或质子）的自旋与轨道角动量两者矢量方向是平行还是反平行这样一个因素。通过这一改进，确实解释了原子核能级的排列在核子数等于50、82、126时，有很大的能级间隔即呈现出明显幻数壳层的分隔现像。所以，壳层模型就是在粒子独立运动模型的基础上加自旋和轨道角动量强烈的相互作用或者称强烈耦合（这是核物理中常用术语）以及其他假设而成的，它成功地解释了原子核的壳层形态的结构。壳层模型在解释原子核的许多基本性质如磁矩、宇称以及许多原子核低激发态能级等现像方面取得很大成就。
壳层模型毕竟是唯像的模型，仅能说明原子核中一些现像，这是由于这个理论还有它的片面性，把原子核中的核子看作一群互不相干、独立运动的粒子，每个核子只是在一个平均场中运动，这样势必对多个核子有可能作集体性运动不能作出恰当的描述，当然就对原子核集体运动所造成的各种运动形态和由此而呈现的各种集体性质也不能给予很好说明。
综合模型
对于前两种模型的介绍让我们看出，壳层模型与液滴模型两者是极端的情况，前者只着重对单核子运动研究，而后者则把原子核所有运动都归结为整个集体运动。实际情况应该是这两种运动形态的综合，即既要考虑到核内单个粒子的独立运动，又要考虑到整个原子核或者少数几个核子集体运动的形态，这就是综合模型。
首先我们可以设想原子核中许多核子在那样强的相互吸引的核力作用下要形成共同的集体棗原子核，就有可能会有集体的振动，这样核内核子就只能在一个变动着的势场中运动。我们来研究一下原子核的变形。我们在介绍原子核有电四极矩时就说明了原子核不是球形，它的电荷分布非球形对称，原子核有电四极矩是实验测量到的，所以原子核有偏离球形的变形并不奇怪。我们在壳模型理论介绍中已经知道满壳的原子核是球对称的，如果满壳外有少数几个核子时，显然由于这些少数核子对满壳内核子的影响，原子核就会发生变形。当然事物是相辅相成的，满壳外核子的运动影响原子核的变形，而变形了的非球形对称场又会对满壳外核子起影响。如果当变形不是很大时，则核有可能恢复到球形的形状，仅是以此球形为平衡形状作振荡。当然如果满壳外的核子数愈来愈多时，也可能存在这样情况，即原子核的平衡形状已不可能是球形了，而是轴对称的旋转椭球，即像鸡蛋那样的形状，甚至也有可能是非轴对称的椭球。综合模型理论用集体运动观点对上述几种情况都各自建立起一套完整的数学表达式，它紧紧地抓住原子核可能呈现的能量状态和原子核形状之间的密切关系，而在这其中单个核子的运动与多个核子或整个原子核集体运动如何达到恰当的平衡，是一个中心的问题。原子核单个核子的运动在壳层模型里已经知道它是处于一系列特定的量子“轨道”上运动，下面我们再分析一下原子核集体的运动。
集体的振动，当原子核是小能量激发时，最容易有表面形状振动性质。如果要原子核整个体积都发生改变，以及中子与质子相对运动的振荡，都是要原子核处于相当高激发情况时才会发生。
从大量的理论研究计算表明，原子核的四极表面振荡不仅肯定存在，而且是原子核多种集体运动中表现最为突出的形式。
除了四极的表面振荡外，原子核还会有八极表面振荡形式，尤其是对于中子和质子分别都是满壳的原子核，或这些核邻近的原子核几乎都普遍存在。以球形为其平衡表面的八极表面振荡形式，其原子核相当于梨形，在某一时间沿着表面三个地方凸出，而另外三个地方凹进，过一时刻可能又是另几个地方凸出，还有几个地方则凹进，总体积还是不变，而且仍然以球形作为它的平衡表面。如16O、40Ca、48Ca、208Pb等原子核在低的激发态时都有这样情况。当然，原子核除了表面的振动之外，也不排斥同时存在着个别核子单粒子的运动。一切运动形式都可以互相转化的，正如恩格斯所说“在每一情况的特定条件下，任何一种运动形式都能够而且不得不直接或间接地转变为其他任何运动形式”。所以在某些有八极表面振荡的原子核里，也可能存在集体运动与单粒子运动强烈的相互影响，给出的总的效应如48Ca就可能由核表面的八极振荡和少数核子可能作独立粒子运动激发这两种运动形态同时存在，当它作独立粒子运动时，这些核子可能跳到按壳模型可以允许满壳外的许多固定的能级上，当然这时候每当从满壳内一个核子跳到上面固定的量子能级时，满壳里就形成空洞，这样满壳内的邻近层次内中子与质子就分别可以跳到上面这个空洞，再下面次邻近层次的粒子也相应地跳进新形成的空洞。如果用48Ca原子核中除保留8个质子和8个中子组成的16O作核心相对稳定，而其余的中子（或质子）都可以参加这样一个个独立核子运动造成粒子-空洞激发和整个原子核的表面八极振荡激发强烈混杂或者两种运动形式的迭加，作为一种新的模型也可以通过计算得出一系列的48Ca低激发能级的预言，这就是从实验测得的原子核实际能谱，我们可以看出，理论与实验有一定程度的符合。
当原子核偏离满壳层比较远的时候，原子核有可能在满壳外多个核子影响下发生永久性的变形，如变成旋转椭球状，这时整个原子核可能绕着椭球对称的某一个轴作集体的转动，我们也可以建立起一套公式加以计算。根据理论公式计算的结果，转动能级相互之间的能量应该符合如下的比例规则1∶3.33∶7∶11∶…；对Hf（铪）原子核的能级，实验测量它能级之间的比例是1∶3.3∶6.9∶11.6，而它的角动量宇称以及电磁跃迁等也与理论计算符合较好。不少原子核在核子数A＞24，150＜A＜190，A＞220时，可能确实存在有轴对称的集合转动的结构。
显然，综合模型由于它能考虑原子核内更多的运动状态，所以能对原子核作更细致的描写，因而在解释原子核有较大的电四极矩以及大的磁矩和原子核的转动惯量等方面，取得与实验更好的符合。而且在很大范围内，原子核的低能激发谱也发现与转动模型预言的一系列转动能谱相一致，当然原子核的结构绝不止以上这几种，近十几年来，人们进一步了解了原子核内部还可能存在核子倾向于成对结合状态，它们对核结构也有很大的影响。另外发现，原子核在很高角动量状态时出现一系列新的运动规律，其中有不少至今在理论和实验上都远没有给出一个很好的解释。如在高角动量情况下，发现原子核的转动惯量与它转动频率的变化关系曲线会出现回弯现象。如果我们对对应于一给定角动量I的最低能量E随I的变化作图，可得出一条抛物线，西方科学家称之谓yrast线，其中yr是瑞典文“头晕”之意，st是英文“最”之意，就是认为这现像是最令人头昏脑胀的。最近甚至有人经过研究计算，认为原子核可能根本不是球形，而倒可能是雪茄烟形状或者球形门把形状，在某些情况下也可能介于这两者之间。由于核物理实验技术不断发展，实验越做越精细，据某些结果分析甚至有人认为原子核可能有更奇特的形状，如铀核可能像一块中间开裂的面包，而钡核倒可能像曾经在西方风行多年的科学奇闻中的“飞碟”那种形状。
从上面的介绍我们可以看到对于原子核这样小的微观世界里，仍然存在着各种各样的运动形态。当然，我们人类对于客观物质的运动规律的认识只能是一个不断深化的过程，不会有完结的时候，所以研究探索原子核的结构及其内部运动规律将仍然是人类未来向知识的深度进军的一个重要目标。
