英国著名物理学家汤姆生是剑桥大学卡文迪许实验室主任，也是电子的发现者，更是科学史上的一名巨匠。为了破译阴极射线的秘密，他进行了一系列的实验。
汤姆生在做第一个实验的时候，将克鲁克斯管内的阳极上包了一层化学制品，这种制品一旦受到阴极射线的撞击就会发荧光。接着，他在阴极射线的路径上放了一个金属十字架。结果，他在阳极上看到了十字架的阴影。从这个实验中，汤姆生得出结论：阴极射线是直线传播的。第二步，汤姆生在阴极射线的路径上放了一个精巧而又能转动的一种像排气扇的小“风车”，发现阴极射线能够使“风车”转动。通过这一实验，汤姆生了解到阴极射线是由物质的粒子构成的，而不仅仅是一束光线。第三个实验，汤姆生在克鲁克斯管周围加上一个磁场，把磁铁的北极和南极放在管子的两边。他观察到磁场使阴极射线或在阴极作用下运动粒子的轨道弯曲了。这表明，粒子是带负电荷的。第四个实验，汤姆生把荷电板放在阴极射线的两边，测定使之弯曲所需的荷电量，由此他可以算出粒子的重量。汤姆生发现，阴极粒子的重量约为已知量轻的元素氢原子的1/2000。最后，汤姆生用不同的阴极把微量的不同气体放在各个管子内。他发现在每一种情况下，粒子所发生的变化都是一样的。因此他猜想，这些粒子是一切物质所共有的，而且始终是一样的。
通过一系列实验，汤姆生了解到许多有关阴极射线方面的知识。他知道它们走的是直线，它们是物质的粒子，它们带负电荷，重量非常轻，而且在一切元素里都可以发现它们。汤姆生在深入研究的事实基础上，于1897年4月30日对阴极射线做了一个说明。他在给皇家学会的报告中写道：“阴极射线是带负电荷的粒子。”由于这些粒子来自原子里面，因此他得出结论：“原子不是不可分割的，带负电的粒子能够在电力作用下从原子里分裂出来。这些粒子不管是从哪种原子里分裂出来的，质量全都相同，而且带同样的负电荷，它们是一切原子的构成部分。”原子是物质的最小单位，原子里面再没有别的东西，它是不能分割的，100多年来人们都一直相信这个事实。现在，汤姆生发现了能够在每一种原子里都能找到的粒子。他把这些粒子叫做电子，意思是带电的粒子。电子很轻，汤姆生后来测出电子仅占原子总重量的1/1400左右。汤姆生根据实验结论假设了一个原子模型——葡萄干面包模型。他认为原子是一个带正电的球（面包），在这个球里面散布着很小的带负电的电子（葡萄干），这些电子排成一层一层的环。1906年，汤姆生因测出电子的电荷与质量而获诺贝尔物理奖。
