Les progrès techniques ont permis à l’homme de connaître de plus en plus finement la structure de la matière. Il est apparu que, comme une poupée russe, tout échantillon de matière était à même de révéler plusieurs niveaux d’organisation imbriqués les uns sous les autres. En première analyse, l’atome n’était pas visible : on a mis bien des siècles à le découvrir, dissimulé au cœur de toute matière, qu’elle soit inerte ou vivante.
La matière est-elle continue ou au contraire composée de grains élémentaires ? Le débat entre ces deux conceptions a duré pendant des siècles. Les philosophes grecs Anaxagore, puis Aristote, soutinrent que la plupart des corps pouvaient être divisés à l’infini en gardant les mêmes propriétés. Au contraire, Leucippe et Démocrite enseignèrent dès le ve siècle avant notre ère que toute matière est composée d’atomes dispersés dans un espace vide. Bien que cette conception heurte le sens commun et l’expérience quotidienne, elle fait partie de l’héritage le plus précieux que nous a légué l’Antiquité. Après l’avènement de la science moderne, elle se révéla être une hypothèse permettant de fonder nombre d’explications de phénomènes physiques. Ainsi Newton expliqua-t-il l’expansion d’un gaz par la fuite de ses atomes vers l’espace qui les entoure. Au début du xixe siècle, le chimiste anglais John Dalton expliqua le rapport des masses des éléments chimiques en termes de poids relatifs des atomes qui les composaient. Pourtant, aucun microscope, si puissant fût-il, ne révélait une telle structure granulaire…