英國著名物理學家湯姆生是劍橋大學卡文迪許實驗室主任，也是電子的發現者，更是科學史上的一名巨匠。為了破譯陰極射線的秘密，他進行了一係列的實驗。
湯姆生在做第一個實驗的時候，將克魯克斯管內的陽極上包了一層化學製品，這種製品一旦受到陰極射線的撞擊就會發熒光。接著，他在陰極射線的路徑上放了一個金屬十字架。結果，他在陽極上看到了十字架的陰影。從這個實驗中，湯姆生得出結論：陰極射線是直線傳播的。第二步，湯姆生在陰極射線的路徑上放了一個精巧而又能轉動的一種像排氣扇的小“風車”，發現陰極射線能夠使“風車”轉動。通過這一實驗，湯姆生了解到陰極射線是由物質的粒子構成的，而不僅僅是一束光線。第三個實驗，湯姆生在克魯克斯管周圍加上一個磁場，把磁鐵的北極和南極放在管子的兩邊。他觀察到磁場使陰極射線或在陰極作用下運動粒子的軌道彎曲了。這表明，粒子是帶負電荷的。第四個實驗，湯姆生把荷電板放在陰極射線的兩邊，測定使之彎曲所需的荷電量，由此他可以算出粒子的重量。湯姆生發現，陰極粒子的重量約為已知量輕的元素氫原子的1/2000。最後，湯姆生用不同的陰極把微量的不同氣體放在各個管子內。他發現在每一種情況下，粒子所發生的變化都是一樣的。因此他猜想，這些粒子是一切物質所共有的，而且始終是一樣的。
通過一係列實驗，湯姆生了解到許多有關陰極射線方麵的知識。他知道它們走的是直線，它們是物質的粒子，它們帶負電荷，重量非常輕，而且在一切元素裏都可以發現它們。湯姆生在深入研究的事實基礎上，於1897年4月30日對陰極射線做了一個說明。他在給皇家學會的報告中寫道：“陰極射線是帶負電荷的粒子。”由於這些粒子來自原子裏麵，因此他得出結論：“原子不是不可分割的，帶負電的粒子能夠在電力作用下從原子裏分裂出來。這些粒子不管是從哪種原子裏分裂出來的，質量全都相同，而且帶同樣的負電荷，它們是一切原子的構成部分。”原子是物質的最小單位，原子裏麵再沒有別的東西，它是不能分割的，100多年來人們都一直相信這個事實。現在，湯姆生發現了能夠在每一種原子裏都能找到的粒子。他把這些粒子叫做電子，意思是帶電的粒子。電子很輕，湯姆生後來測出電子僅占原子總重量的1/1400左右。湯姆生根據實驗結論假設了一個原子模型——葡萄幹麵包模型。他認為原子是一個帶正電的球（麵包），在這個球裏麵散布著很小的帶負電的電子（葡萄幹），這些電子排成一層一層的環。1906年，湯姆生因測出電子的電荷與質量而獲諾貝爾物理獎。