在19世纪晚期，化学家和物理学家当时正在研究电与物质之间的关系。他们对装有低压气体（水银、氖、氙）的玻璃管加上高压电流，这与霓虹灯非常相似。电流从一个电极（阴极）借助称为“阴极射线”的波束通过气体传导到另一个电极（阳极）。在1897年，英国的物理学家约瑟夫·约翰·汤姆生进行了一系列实验，得出以下结果：

• 他发现如果将上述的玻璃管放在电场或磁场中，阴极射线可能发生偏转或移动（这就是电视上阴极射线管（CRT） 的工作原理）。
• 通过单独应用电场、磁场或把二者结合起来应用，汤姆生测量出了阴极射线的荷质比。
• 他发现阴极射线的荷质比始终不变，与玻璃管中的物质或阴极的材料无关。

汤姆生得出以下结论：

• 阴极射线是由带负电荷的微小粒子组成，这种粒子称为“电子”。
• 电子应该来自气体原子的内部或金属电极。
• 荷质比对于任何物质都是相同的，这表明电子应该是所有原子的基本组成部分。
• 电子的荷质比非常高，这说明电子肯定非常小。

后来，一位名叫罗伯特•米利肯的美国物理学家成功测量了电子的电荷。借助这两个数字（电荷，荷质比），物理学家计算得出电子的质量为9.10x10-28克。比如，一美分的质量为2.5克，它相当于2.7 x 1027个电子的重量！

电子的发现还得出了另外两个结论：

• 电子带有负电荷，而原子却表现为不带电的中性，这说明在原子中肯定存在正电荷。
• 电子比原子小许多，这表明在原子内部肯定存在其他比电子更大的粒子。

根据这些结论，汤姆生提出了类似西瓜的原子模型。西瓜的红瓤部分好比是带正电荷的部分，而西瓜子就好比是电子。