Thomson udførte forskellige eksperimenter for at studere egenskaberne af katodestråler, herunder deres afbøjning i elektriske og magnetiske felter. Han observerede, at katodestråler blev afbøjet af både elektriske og magnetiske felter, hvilket indikerer, at de var sammensat af negativt ladede partikler. Ved at måle mængden af afbøjning i disse felter var Thomson i stand til at bestemme, at disse partikler havde en meget lille masse sammenlignet med atomer. Han estimerede også forholdet mellem ladningen og massen (e/m) af disse partikler.
Thomsons eksperimenter gav stærke beviser for eksistensen af subatomære partikler meget mindre end atomer, som han foreslog at være elektroner. Han omtalte disse partikler som "korpuskler" i sine papirer, men overtog senere udtrykket "elektroner" foreslået af hans kollega G. Johnstone Stoney. Thomsons arbejde med katodestråler og opdagelsen af elektroner lagde grundlaget for studiet af subatomære partikler og udviklingen af partikelfysikkens område.