電子是人們最早發(fā)覺(jué)的帶有單位負(fù)電荷的一種基本粒子。德國(guó)化學(xué)學(xué)家湯姆遜是第一個(gè)用實(shí)驗(yàn)證明電子存在的人，時(shí)間是1897年。
湯姆遜是一位很有成就的化學(xué)學(xué)家，他28歲就成了日本皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，而且兼任了有名的卡文迪許實(shí)驗(yàn)室處長(zhǎng)。
X射線的發(fā)覺(jué)物理學(xué)家誰(shuí)發(fā)現(xiàn)了x射線的危害，非常是它可以穿透生物組織而顯示其骨骼影像的能力，給與美國(guó)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的研究人員以極大激勵(lì)。湯姆遜傾向于克魯克斯的觀點(diǎn)，覺(jué)得它是一種帶電的原子。
造成X射線形成的陰極射線到底是哪些？英國(guó)和法國(guó)化學(xué)學(xué)家之間出現(xiàn)了激烈的爭(zhēng)辯。日本化學(xué)學(xué)家赫茲于1892年聲稱(chēng)陰極射線不可能是粒子，而只能是一種以太波。所有美國(guó)化學(xué)學(xué)家也附和這個(gè)觀點(diǎn)，但以克魯克斯為代表的美國(guó)化學(xué)學(xué)家卻堅(jiān)持覺(jué)得陰極射線是一種帶電的粒子流，思路極為敏捷的湯姆遜立刻涉足到這場(chǎng)事關(guān)陰極射線性質(zhì)的爭(zhēng)辯之中。
1895年，美國(guó)年青的化學(xué)學(xué)家佩蘭在他的博士論文中，提到了測(cè)定陰極射線電量的實(shí)驗(yàn)。他使陰級(jí)射線經(jīng)過(guò)一個(gè)小孔步入陰極內(nèi)的空間，并打到搜集電荷的法拉第筒上，靜電計(jì)顯示出帶負(fù)電；當(dāng)將陰極射線管放在磁體之間時(shí)，陰極射線則發(fā)生偏轉(zhuǎn)而不能步入小孔，集家電上的電性立刻消失，從而證明電荷正是由陰極射線攜帶的。佩蘭通過(guò)他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果明晰表示支持陰極射線是帶負(fù)電的粒子流這一觀點(diǎn)，但當(dāng)時(shí)他覺(jué)得這些粒子是二氧化碳離子。對(duì)此，堅(jiān)持陰極射線是以太波的日本化學(xué)學(xué)家立刻回?fù)簦X(jué)得雖然從陰極射線發(fā)出了帶負(fù)電的粒子，但它同陰極射線路徑一致的證據(jù)并不充分，所以靜電計(jì)所顯示的電荷不一定是陰極射線傳入的。
對(duì)于佩蘭的實(shí)驗(yàn)，湯姆遜也覺(jué)得給以太說(shuō)留下了空子，因此，他專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)裝置，重做佩蘭實(shí)驗(yàn)。他將兩個(gè)有皺折的同軸圓筒放在一個(gè)與放電管聯(lián)接的玻璃泡中；從陰極A下來(lái)的陰極射線通過(guò)管頸金屬塞的縫隙步入該泡；金屬塞與陰極B聯(lián)接。這樣，陰極射線除非被磁極偏轉(zhuǎn)，不會(huì)落到圓筒上。外圓筒接地，內(nèi)圓筒聯(lián)接驗(yàn)電器。當(dāng)陰極射線不落在石縫時(shí)，送至驗(yàn)電器的電荷就是很小的；當(dāng)陰極射線被磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)落在石縫時(shí)，則有大量的電荷送至驗(yàn)電器。電荷的數(shù)目令人驚奇：有時(shí)在一秒鐘內(nèi)通過(guò)縫隙的負(fù)電荷，足能將1.5微法電容的電勢(shì)改變20伏特。假如陰極射線被磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)好多，因而超出圓筒的縫隙，則步入圓筒的電荷又將它的數(shù)值降到僅有射中目標(biāo)時(shí)的很小一部份。所以，這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明，不管怎么用磁場(chǎng)去扭曲和偏轉(zhuǎn)陰極射線，帶負(fù)電的粒子又是與陰極射線有著密不可分的聯(lián)系的。這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了陰極射線和帶負(fù)電的粒子在磁場(chǎng)作用下遵守同樣路徑，由此否認(rèn)了陰極射線是由帶負(fù)電荷的粒子組成的，因而結(jié)束了這場(chǎng)爭(zhēng)辯，也為電子的發(fā)覺(jué)奠定了基礎(chǔ)。
怎么成功地使陰極射線在電場(chǎng)作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)？早在1893年，赫茲曾做過(guò)這些嘗試，但失敗了。湯姆遜覺(jué)得，赫茲的失敗，主要在于真空度不夠高，導(dǎo)致殘余二氧化碳的電離，靜電場(chǎng)構(gòu)建不上去所致。于是湯姆遜采用陰極射線管裝置，通過(guò)提升放電管的真空度而取得了成功。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)和提升放電管真空度，湯姆遜除了使陰極射線在磁場(chǎng)中發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，并且還使它在電場(chǎng)中發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，由此進(jìn)一步否認(rèn)了陰極射線是帶負(fù)電的粒子流的推論。
這些帶負(fù)電的粒子到底是原子、分子，還是更小的物質(zhì)微粒呢？這個(gè)問(wèn)題導(dǎo)致了湯姆遜的深思。為了厘清這一點(diǎn)，他運(yùn)用實(shí)驗(yàn)去測(cè)出陰極射線粒子的電荷與質(zhì)量的比值，也就是荷質(zhì)比，繼而找到了問(wèn)題的答案。
湯姆遜發(fā)覺(jué)，無(wú)論改變放電管中二氧化碳的成份，還是改變陰極材料，陰極射線粒子的荷質(zhì)比都不變。這表明來(lái)自各類(lèi)不同物質(zhì)的陰極射線粒子都是一樣的，因而這些粒子必將是“建造一切物理元素的物質(zhì)”，湯姆遜當(dāng)時(shí)把它稱(chēng)作“微粒”，后來(lái)改稱(chēng)“電子”。
至此可以說(shuō)湯姆遜已發(fā)覺(jué)了一種比原子小的粒子，并且這些粒子的荷質(zhì)比107約是氫離子荷質(zhì)比104的1000倍。這兒有兩種可能，可能電荷e很大，也可能質(zhì)量m很小。要想確證這個(gè)推論，必須找尋更直接的證據(jù)。
1898年，湯姆遜安排他的研究生湯森德和威爾遜進(jìn)行檢測(cè)e值的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家誰(shuí)發(fā)現(xiàn)了x射線的危害，隨后他自己也親自參與了這項(xiàng)工作。她們運(yùn)用云霧法測(cè)定陰極射線粒子的電荷同電解中氫離子所帶的電荷是同一數(shù)目級(jí)，因而直接證明了陰極射線粒子的質(zhì)量只是氫離子的1‰。