當在它的兩端加上足夠電壓時，電流就可以跳過真空了。這種管子叫做蓋斯勒管。
德國物理學家普呂克爾在用蓋斯勒管做實驗時，發現了一個奇怪的現象，當讓電流通過低壓氣體放電管時，對著陰極的那一端管壁出現了綠色熒光。物理學家德斯坦認為，產生熒光的原因是某種射線從陰極發出，打在了對麵的管子上，他給這種射線起名為陰極射線。
神秘的陰極射線頓時成了科學家們研究的熱點。有的物理學家發現，把物體放在陰極射線經過的途徑中，管壁上會出現這個物體的陰影，這表明陰極射線像光一樣，是直線傳播的。因此，他們提出陰極射線是一種類似光的電磁波。
還有的物理學家發現，當在放電管旁邊放上一塊磁鐵時，陰極射線會隨著磁體偏轉。更有趣的是，讓陰極射線打在一個小風車的葉輪上，小風車就會旋轉起來，因此，他們認為陰極射線是一種帶電粒子。
科學家們為此爭論不休。1897年英國物理學家約瑟夫·湯姆孫以發現電子結束了這場曠日持久的爭論。
湯姆孫28歲就成為英國皇家學會的會員，並擔任了世界著名的卡文迪什實驗室的主任。他原來主要是研究電磁理論，神秘的陰極射線把這位傑出的科學家也吸引到了研究低壓放電現象的行列中來了。
為解開陰極射線之謎，湯姆孫設計了許多巧妙的實驗，他測出了陰極射線的傳播速度遠遠小於光速，顯然，陰極射線不是電磁波。湯姆孫用磁場把陰極射線引到了一種可以測電荷的接收器中，證明陰極射線是一種帶負電荷的粒子流。更重要的是，他測出了這種帶負電荷的粒子的荷質比（電荷與質量之比），氫離子的質量和所帶電荷是已知的，通過與氫離子的荷質比相比，湯姆孫確定這種粒子的質量還不到氫離子質量的千分之一（後來精確測定為1/1837）。
也就是說，它是一種比最小的原子——氫原子還要小得多的粒子。
湯姆孫把各種不同氣體充入管內，以不同的金屬材料做陰極，所測出的陰極射線粒子的荷質比都一樣，這就表明這種粒子是所有物質的共有組成部分。
1897年4月30日，湯姆孫在英國皇家研究院報告了他的研究成果，他斷定在物質內部有比原子小得多的帶電粒子存在，並且認為它就是法拉第當年曾暗示過的電的單元。後來人們把陰極射線粒子改稱為電子（電子一詞是1891年愛爾蘭物理學家斯托尼提出用來表示電荷最小單位的）。
電子被發現了，它不僅向人們揭示了電的物質本質，而且宣告，原子不再是組成物質的最小粒子。
其實，在湯姆孫之前，英國的舒斯特和德國的考夫曼也都測出過陰極射線的荷質比，甚至比湯姆孫測得還要準，但是他們不敢相信世界上會存在比原子小得多的粒子，因而錯過了發現電子的良機。湯姆孫衝破了傳統觀念的束縛，勇敢地邁出了這一步，終於成為“一位最先打開通往基本粒子物理學大門的偉人”。
1906年，湯姆孫因在氣體導電方麵的理論和實驗研究，獲得了諾貝爾物理獎。
拉開20世紀物理學革命的序幕
在湯姆孫發現電子之前，人們對陰極射線的研究還沿著另一個方向前進，由此也引發出一係列重大的發現。
1895年10月，德國物理學家倫琴也在對陰極射線進行研究。他的主要興趣不是陰極射線本身，而是射線打在管壁上所放出的綠色熒光。
為了更好觀察這種熒光，他用硬紙板和錫箔把放電管包起來，並把整個房間弄黑，當他接通電源剛要進行實驗時，突然發現放在一米外的小工作台上那個塗有鉑氰化鋇的熒光屏發出了微弱的熒光。
這一現象使他非常驚奇，一般熒光物質要受到太陽光照射後才會發光，現在屋子中是黑的，會不會是陰極射線的作用呢？他很快否定了這個想法，因為陰極射線頂多隻能在空氣中行進幾個厘米遠，況且現在放電管是被包在硬紙板中，陰極射線是透不過去的。
倫琴顧不上吃晚飯，立即進行了更細致的觀察和實驗。他把熒光屏一步步移遠，即使移到了2米遠的地方，當接通放電管時，熒光屏也會發光。倫琴斷定，這種看不見的射線是一種完全不同於陰極射線的新射線。
此後整整7個星期，倫琴把自己關在實驗室中，夜以繼日地對這種神秘的射線進行研究。為了不中斷實驗，甚至吃飯、睡覺都不離開實驗室。他初步搞清了這種射線是從陰極射線撞擊玻璃壁產生輝光的地方發出來的，它直線傳播，穿透能力特別強，不隨磁鐵偏轉。由於這是一種人們尚不知道的新射線，倫琴用X射線來命名它。後人為了紀念倫琴，也稱這種射線為倫琴射線。