Bohr passou a dedicar-se ao estudo da estrutura do átomo, baseando-se na descoberta do núcleo atômico, realizada por Rutherford.
No mesmo ano, Bohr se casou com Margrethe Norlund, com quem viria a ter seis filhos. Casado, porém não afastado de seus estudos, Bohr procurou estender ao modelo atômico proposto por Rutherford os conceitos quânticos de Planck.
Planck foi um físico alemão, considerado o pai da Física Quântica. Suas pesquisas serviram de base para vários outros cientistas ampliarem teorias em diversas áreas, como a mecânica quântica e a energia nuclear.
Bohr acreditava que, criando este novo modelo atômico, seria possível explicar a forma como os elétrons absorvem e emitem energia radiante.
Estudando o átomo de hidrogênio, Bohr formulou um novo modelo atômico, concluindo que o elétron do átomo não emitia radiações enquanto permanecesse na mesma órbita, emitindo-as apenas quando em deslocamento de um nível de maior energia para outro de menor energia.
A teoria de Bohr foi sucessivamente enriquecida e representou um passo decisivo no conhecimento do átomo. A publicação de tal trabalho sobre a constituição do átomo teve uma enorme repercussão no mundo científico.
Com apenas 28 anos de idade, Bohr ganhou fama e traçou carreira brilhante. De 1914 a 1916, foi professor de Física Teórica na Universidade de Victoria, em Manchester.
Mais tarde, voltou para Copenhagem, onde foi nomeado diretor do Instituto de Física Teórica, em 1920. Dois anos depois, recebeu o Prêmio Nobel de Física, que tornou sua produção internacionalmente reconhecida.
Nesse mesmo período, Bohr escreveu o livro “The Theory of Spectra and Atomic Constitution”.
Bohr dedicou-se, também, ao estudo do núcleo atômico. O modelo de núcleo em forma de “gota de água” revelou-se muito favorável para a interpretação do fenômeno da fissão do urânio, que abriu caminho para a utilização da energia nuclear.
O físico viu uma grande oportunidade de se aproveitar essa energia e foi até a Universidade de Princeton, nos Estados Unidos, para se encontrar com Einstein e Fermi, a fim de analisar estas questões.
Com as perseguições na Segunda Guerra Mundial, Bohr teve de interromper suas pesquisas para escapar dos nazistas com sua mãe e sua esposa. Afinal, eram de origem judaica.
Seguiram para os Estados Unidos e para o projeto atômico de Los Alamos, no Novo México, e só retornou com o fim da Guerra.
Quando a bomba atômica mostrou seu poder de destruição, causando uma grande catástrofe em Hiroshima e Nagasaki, Bohr pediu imediato controle internacional, sem êxito.
Nomeado presidente da Comissão de Energia Atômica da Dinamarca, no ano de 1955, em Genebra, Bohr recebeu o Prêmio Ford “Átomos para a Paz”.
Niels Bohr faleceu em Copenhague, na Dinamarca, no dia 18 de novembro de 1962.