汤姆生与其他青年物理学家一起，研究为什么气体在X射线照射下会变成电的导体。据汤姆生的推测：这种导电性，可能是由于在X射线的作用下，产生了某种带正电的和带负电的微粒所引起的。他甚至认为：这些带电的微粒可能就是想象中原子的一部分。这种想法，在当时不能接受，世界上哪有比原子更小的东西呢？

　　为了搞清楚在通电玻璃管内从阴极发出的射线可能就是由那些连续发射的粒子所组成的。汤姆生想称量出这些粒子的重量。可是怎么去称量那么小的粒子呢？

　　汤姆生利用电场和磁场来测量这种带电粒子流的偏转程度，以推测粒子的重量。他说，粒子愈重，愈不易被偏折；磁场愈强，粒子被偏折愈厉害。测量这些粒子被偏折的程度和磁场强度，就能间接地测出它们的质量，亦即能得出粒子所带电荷与其质量之比。这仿佛是要测定子弹的重量(铁子弹)，我们可以在一个大磁铁附近发射子弹，子弹受磁场的作用会偏离靶心，然后根据子弹偏离靶心多远和磁场强度大小推知子弹重量多大。

　　1897年，汤姆生根据实验指出，阴极射线是由速度很高(每秒10万公里)的带负电的粒子组成的。起初称为“粒子”，后来借用了以前人们对电荷最小单位的命名，称之为“电子”。实验结果表明，阴极射线粒子的电荷与质量之比与阴极所用的物质无关。也就是说，用任何物质做阴极射线管的阴极，都可以发出同样的粒子流，这表示任何元素的原子中都含有电子。