Después del trabajo de Bohr, Arnol Sommerfeld propuso un modelo muy similar que puede considerarse una mejora, en el que intenta explicar los aspectos de emisión de elementos más complejos con más de un nivel, ya que no se podía calcular de manera satisfactoria la longitud de onda en estos aspectos. Por ello, Arnold propone que ya no sólo existan niveles energéticos, sino que dentro de un mismo nivel pueden existir subniveles de energía entre los cuales, los electrones pueden moverse desde y hacia ellos. Además, propuso que el electrón se movía a velocidades cercanas a la de la luz, por lo que las teorías relativistas podrían ser aplicadas a este modelo. Finalmente, propuso también que las órbitas no necesariamente tenían que ser solamente circulares, sino que podrían existir órbitas elípticas dentro de la vecindad del átomo. No obstante estos avances, realmente el modelo atómico de Bohr estaba condenado al fracaso, ya que no había una respuesta clara al por qué la energía estaba cuantizada, o lo que es lo mismo: ¿Por qué el electrón está fijo y está circunscrito a girar en órbitas circulares alrededor del núcleo? Realmente, la caída del modelo de Bohr empieza con Louis de Broglie, quien en su tesis doctoral, en 1925, teorizó que partículas muy pequeñas -como es el electrón-, podrían exhibir propiedades ondulatorias bajo ciertas condiciones. Y además, propuso esta ecuación para, de alguna manera, reflejar la relación entre la longitud de onda y la masa de la partícula, en el que involucra a la constante de Plank y a la velocidad con la que se mueve la partícula. Además, prácticamente consideró al electrón ya no sólo como partícula, sino también como una onda estacionaria, de manera que su longitud de onda estaba circunscrita a que, en promedio, cumpliera con la órbita de Bohr. No obstante, Broglie no pudo obtener evidencia empírica de esta revolucionaria idea. Ésta llegó apenas un par de años después, cuando Davisson, Germer y Thomson lograron obtener patrones de difracción eléctrica, características de las ondas a partir de un haz de electrones, haciéndolo incidir sobre una delgada lámina de oro. En estas figuras podemos, ver a la izquierda, el patrón de difracción característico de ondas rayos X y, a la derecha, el patrón que ellos obtuvieron de un haz de electrones. Esto es una evidencia indudable de que el electrón tenía una naturaleza ondulatoria. Posteriormente, se han podido encontrar patrones de difracción electrónicas, no sólo para el electrón, sino para otras partículas subatómicas, como son el protón y el neutrón. Con ello, el modelo de Bohr no pudo sostenerse más, pues se hizo evidente que la mecánica clásica no podía explicar las propiedades ondulatoria de la materia. Es decir, a escala tan pequeña, las leyes clásicas dejan de tener validez, a pesar de haber tenido éxito con el espectro de hidrógeno y con iones que tuvieran un solo electrón. Esto dio origen a la mecánica cuántica, que explicaba la aparición de más líneas de emisión bajo campos magnéticos, y también, a resolver el problema de precisar la posición de una onda. Lo cual, a priori, suena descabellado. Sin embargo, es posible. Esta explicación inicia con el principio de incertidumbre de Heisenberg, quien en 1927, estableció que es imposible conocer al mismo tiempo el momento -dado como la masa por la velocidad de una partícula- y la posición de la misma, ya que a niveles atómicos o en el mundo microscópico -debido a la naturaleza ondulatoria-, no es posible precisar realmente, y no tiene mucho sentido hablar de la posición de una onda. Entonces, es necesario hablar, ya no de la certeza de encontrar a un electrón en cierta región, sino de la probabilidad de lo mismo.
