Как почти каждое великое открытие, электрон рождался в острых спорах и изощренных экспериментах. Центром внимания физиков тогда был феномен катодных лучей. Они наблюдались в стеклянной вакуумной трубке в виде свечения от подключенного к отрицательному полюсу электрической батареи катода к положительному аноду. Было ясно одно: катодные лучи имеют отрицательный заряд, но на этом единодушие физиков закачивалось. Вопросы сыпались один за другим, например, а все ли катодные лучи одинаковы, все ли имеют отрицательный заряд, они являются частицами или это волновые возмущения невидимого эфира, все ли входят в состав веществ и так далее.
Чтобы найти ответы на все эти вопросы, Томпсон провел серию уникальных для того того времени экспериментов. Во-первых, он показал, что катодные лучи отклоняются в магнитном поле в отсутствие электрического. Во-вторых, что катодные лучи отклоняются в электрическом поле в отсутствие магнитного. В-третьих, что при одновременном действии электрического и магнитного полей равной интенсивности катодные лучи распространяются прямолинейно. Затем ученый измерил скорость движения катодных лучей, которая оказалась значительно меньше скорости света. Отсюда следовало, что они могут быть только частицами. Наконец, Томпсон сумел получить соотношение заряда и массы частицы.
А так как масса электронов была незначительной, то стало ясно, что основная масса атома не может быть сосредоточена в них. На основании всех этих данных Томсон построил модель атома, которая бы объясняла его свойства. Ее сразу окрестили "пудинг с изюмом ", так как в массивную положительно заряженную сферу были вкраплены электроны. Положительные и отрицательные заряды компенсируют друг друга, поэтому атом нейтрален. Позже эту модель атома развил другой выдающийся ученый Эрнест Резерфорд.
За свое открытие Джозеф Томпсон в 1906 году был удостоен Нобелевской премии.