Sådan udfoldede det sig:
* katode strålerør: Thomson studerede opførsel af katodestråler, som er stråler af elektroner, der udsendes fra en negativt ladet elektrode i et vakuumrør. Han observerede, at disse stråler kunne afbøjes af både elektriske og magnetiske felter.
* Måling af opladning-til-masse-forholdet: Thomson var i stand til at måle forholdet mellem ladning af partiklerne i katodestrålerne til deres masse. Dette forhold viste sig at være meget mindre end ladning-til-masse-forholdet for enhver kendt ion, hvilket antydede, at partiklerne i katodestrålerne var meget lettere end atomer.
* Konklusion: Baseret på disse observationer foreslog Thomson, at partiklerne i katodestrålerne var grundlæggende partikler, som han kaldte "elektroner." Han konkluderede, at atomer ikke var de mindste partikler af stof, men i stedet var sammensat af mindre, negativt ladede partikler kaldet elektroner indlejret i en positivt ladet sfære.
Denne opdagelse var banebrydende, fordi den udfordrede den langvarige tro på, at atomer var udelelige og de grundlæggende byggesten til stof. Det banede vejen for yderligere forskning, der førte til opdagelsen af kernen og protonerne, hvilket i sidste ende førte til vores moderne forståelse af atomet.