Met het atoommodel van Niels Bohr (1885 – 1962) konden de frequenties van de spectrale lijnen van waterstof goed berekend worden. Voor atomen met meer dan één elektron was dat veel minder het geval. Maar ook voor waterstof doken er problemen op in de aanwezigheid van een magnetisch of elektrisch veld.

Pieter Zeeman (1865 – 1943), toen nog student aan de universiteit van Leiden, ontdekte in 1896 dat in een magnetisch veld een lijn van het spectrum van waterstof in drieën werd opgesplitst. In 1896 was het elektron nog niet ontdekt. Hendrik Antoon Lorentz (1853 – 1928), de leermeester van P. Zeeman, postuleerde zgn. ‘lichtionen’ – elektrisch geladen deeltjes die in het atoom circuleerden – om dit effect te verklaren. Het wordt het Zeemaneffect genoemd. P. Zeeman en H. Lorentz kregen voor deze ontdekking de Nobelprijs in 1902. Intussen was gebleken dat de lichtionen van H. Lorentz de door J. Thomson in 1897 ontdekte elektronen zijn.

Na P. Zeeman trachtte men het effect te verklaren van een elektrisch veld dat ook tot bijkomende spectrale lijnen in de spectra van atomen leidde. Dat bleek niet zo gemakkelijk want het duurde 15 jaar vooraleer de Duitse fysicus Johannes Stark (1874 – 1954), een experiment kon opzetten dat aantoonde dat de energieniveaus van een elektron in atoom in een elektrisch veld veranderen. Het effect wordt het Starkeffect genoemd. J. Stark kreeg er de Nobelprijs voor in 1919.