一連幾天實驗做下來，倫琴感到很累，他真想好好地休息休息，但強烈的探索欲望使他精神倍增，他又繼續做起實驗來了。他拿了好多東西，如木頭、鐵塊、橡膠等一一放在陰極射線管和熒光屏之間，結果那種神奇的射線都把它們穿透了。後來他放上一塊鉛，又換了一塊鉑，終於擋住了這種射線。
倫琴的妻子一般不來實驗室，但近一時期倫瑟好久沒回家，為了弄清楚他究竟在幹什麼，她決定來探望他。一天夜裏，她輕手輕腳地推開了實驗室的大門，一看，自己的丈夫正伏在桌子上睡著了，她隨手拿了件衣服給他披上，誰知這一披，驚醒了他，他馬上站起來拉著妻子的手說：“來，給你做一個有趣的實驗。”他把妻子的手放到一平台上，打開陰極射線管的電源開關，熒光屏上立即顯示出一隻手骨的圖像，妻子驚奇萬分，問：“是什麼射線有那麼大的魔力?”倫琴答道：“我也不知道，興許是一種無名的射線吧!”這時妻子脫口說道：“還是個X!”倫琴聽後，心頭頓時一亮，連聲說：“說得好，就叫它X射線吧!”從此這被倫琴發現的射線，就一直叫“X射線”，有時人們為了紀念它的發現者倫琴，也叫它“倫琴射線”。
X射線的發現轟動了整個世界，當時人們還僅僅把它當做一種遊戲工具，後來醫學家首先用它來幫助診斷病情，造福於全人類。不僅如此，更重要的是人們對X射線的研究，促使發現了天然放射線，揭開了微觀物質世界的奧秘，從而打破了物理學的舊觀念，激起了人們探索新事物的熱情。
倫琴發現了X射線，並廣泛應用到醫療診斷上，這件事大大激勵了物理學家亨利·貝克勒爾，他是研究熒光和磷光的專家。他覺得X射線和熒光也許屬於同一機理，都是從陰極對麵的那一部分管壁發出的。於是，貝克勒爾想試試看，看看熒光物質發熒光的同時，會不會產生穿透力很強的X射線。
1896年2月的一天，貝克勒爾開始了他的實驗。他取來一瓶熒光物質——黃綠色的硫酸雙氧鈾鉀，這種物質在陽光的照射下會發出熒光，貝克勒爾想知道它們是否會同時發出X射線。他仿照倫琴檢驗X射線的方法，把一張底片用黑紙包得嚴嚴實實，再把一匙熒光粉倒在紙包上，然後拿到陽光下去曬一會兒。貝克勒爾將熒光粉再倒回到瓶裏去，然後拿著一張底片的黑紙包進了暗房，衝洗後發覺底片感光了，它的上麵是那匙熒光粉的幾何影子。貝克勒爾知道，太陽光和熒光都不能穿透黑紙使底片感光。現在底片已經感光了，這說明熒光粉經太陽照射後確實能發出X射線。為了驗證這個結果，貝克勒爾準備再做一次實驗。可是天公不作美，從2月26日開始，連續幾天陰雨。他隻好掃興地把熒光粉和用黑紙包得嚴嚴的照相底片一起放進寫字台的抽屜裏，等待天晴。關抽屜時他順手把一串鑰匙壓在黑紙包上，邊上就放著那瓶熒光物質。
3月1日天氣放晴，貝克勒爾準備著手進行新的實驗。細心的他在實驗前特地抽出兩張底片檢查一下，看看是否會漏光。抽查的結果使貝克勒爾大為震驚：兩張底片都已曝光，其中一張上還有那把鑰匙的影子!這是怎麼回事?底片是用黑紙包好後放在抽屜裏的，又是連續幾天陰雨，根本照不到太陽，那瓶熒光物質也不射出熒光，為什麼底片會感光呢?
經過仔細的分析，貝克勒爾猜想，可能硫酸雙氧鈾鉀本身會發出一種看不見的射線，這種射線也像X射線一樣，能穿透黑紙使底片感光。在3月2日的科學院例會上，貝克勒爾激動地宣布了這個新發現，並聲稱原先他的推論是不合理的。其實，在日光照射後硫酸雙氧鈾鉀射出的熒光中，並不含有X射線。貝克勒爾最初在陽光下做的實驗，實際上也是放射性射線使底片感的光，隻不過他誤以為是X射線罷了。
3月2日例會後，貝克勒爾又精心設計了一係列實驗。他對這種鈾鹽晶體進行加熱、冷凍、研成粉末、溶解在酸裏等物理或化學上的加工，他發現隻要化合物裏含有鈾元素，就有這種神奇的貫穿輻射。貝克勒爾還用純金屬鈾做試驗，發現它所產生的放射性要比硫酸雙氧鈾鉀強三四倍。他把這種放射線稱為“鈾射線”。在5月18日的科學院例會上，貝克勒爾宣布，鈾或鈾鹽會自發放射出射線(鈾射線)。這是一種新的由原子自身產生的射線，這種射線的強度並不因為加熱、冷卻、粉碎、溶解等物理或化學上的影響而發生變化，換句話說，這種射線非常“我行我素”，不管外界對它施加何種影響，它始終如一地發出射線。貝克勒爾的這一重大發現和倫琴發現的X射線一起，敲響了人類迎接原子時代來臨的鍾聲。
偉大的物理學家盧瑟福，有幸處於這樣一個激動人心的時代，他被時代的精神鼓舞著，時刻準備投入到這場轟轟烈烈的革命中，去發現更多的未知世界!
“新武器”的發現
α射線是盧瑟福用以揭開原子內部奧秘的主要的也是關鍵性的武器。α射線在盧瑟福的科研生涯中起到了不可低估的作用，與這一核物理學家結下了不解之緣。
α射線的發現是和放射性的發現緊密相聯的。貝克勒爾通過照相底片的感光現象發現了鈾能輻射射線，後來瑪麗·居裏用“放射性”這個詞來描述這一現象，並通過繁重而艱巨的勞動，用巧妙的分析方法，又發現了釷、釙、鐳等物體也具有放射性。盡管有新的放射性元素陸續被發現，並且開始了實際的應用，那麼這些具有放射性的物質所放出的射線具有什麼性質呢?
偉大的物理學家盧瑟福在劍橋度過的最後一段日子裏，主要的工作是鑒別鈾所放射的各種射線究竟是什麼，他在此期間進行了一係列的光輝實驗。在實驗中，盧瑟福注意到鈾輻射也會引起空氣遊離，為了區別X射線和鈾輻射，他想辦法比較它們在穿透能力上的差別。他用鋁片對鈾輻射的射線進行吸收，在實驗過程中，他發現了軸的輻射是複雜的，在它的輻射中至少存在兩種不同類型的輻射——一種很容易吸收，另一種穿透力很強。盧瑟福從希臘文的“alphabata”的頭幾個字母的讀法，稱之為“alpha”和“bata”射線，讀作“阿爾法”和“貝塔”，記作α和β射線。
繼盧瑟福發現了α和β射線後，1900年人們發現鈾的輻射中還有一種成分，其穿透本領比β射線還要強得多，在磁場中不受磁場作用而偏轉，這說明這種射線是不帶電的，這種輻射成分後來叫做γ射線。
α射線的奧秘
盧瑟福在剛剛發現α、β射線的時候，就意識到α射線是一種很重要的射線，因為它很容易被物質吸收，當證明了β射線是高速的電子流後，盧瑟福便集中精力於搞清α射線的本質的研究上。為此，他做了大量的實驗，其中關鍵性的實驗有兩個，一個是電磁偏轉實驗，另一個是光譜實驗。
盧瑟福在進行了大量的準備工作之後，決定進行一個重要的實驗，隻有這個實驗才能驗證組成α射線的α粒子，以及組成β射線的β粒子的帶電性如何。
那是1903年的某一天，盧瑟福當時的實驗條件非常艱苦，根本沒有什麼閃爍熒屏可觀察射線的軌跡，更沒有什麼讀數器之類的高級計數儀，當時盧瑟福手裏有的隻是一隻簡易的金箔驗電器。然而，實驗就在這樣艱苦的條件下進行著，他讓放射性物質鈾放出的α、β射線經過一個大磁場後，最後到達金箔驗電器。在實驗中，盧瑟福發現，β射線在經過磁場後，徑跡出現偏轉，也就是說β射線能被磁場偏斜，但卻沒有見到α射線的徑跡變化。但是，從實驗的其他現象盧瑟福基本上確定了α射線是由快速運動的帶正電荷的粒子組成的。那麼，為什麼α射線經過磁場後，它的運動徑跡沒有發生偏斜呢?盧瑟福仔細地分析了所有的實驗結果，最後他想到其原因可能有兩種：一種情況是α射線是由不帶電荷的α粒子組成，因為我們很清楚地知道，隻有帶電粒子在磁場中才能發生偏轉，既然α射線經過磁場沒有發生偏轉，就說明它不帶電荷；另一種可能是α射線是帶電荷的，而且它的動能很大，磁場的能量不足以能使它發生偏轉。有了這樣清晰的思路，盧瑟福便有的放矢地進行下一步的工作了。
盧瑟福讓射線從放射源由下向上經過20片平行隔板到達驗電器，而氫氣由上向下通過平行隔板。氫氣的作用非常重要，它可以抑製β射線和γ射線的遊離作用，然後加磁場使射線偏轉，這時α射線經過磁場後偏斜量的百分比與所加磁場的強度成正比例。為了判斷α射線所帶電荷的正負，在隔板上加一塊多縫的金屬板，遮去空隙的一部分，改變磁場的方向，總可以找到一個位置，使遊離截止於更低的磁場，由此來判斷α射線的電荷的極性。再在相鄰隔板上加電壓，又可使遊離停止，這樣，可以得到α粒子的速度和荷質比。從實驗結果的一些證據分析看，盧瑟福已初步推斷出α粒子是氦(He)原子。
1906年，盧瑟福在蒙特利爾西山西北高地買了一塊土地，這地方麵向山澗湖泊，風景秀麗宜人，他準備在這裏建造一所住房，以便長期在麥克吉爾從事他的研究工作。但是，一個新的具有很大吸引力的聘任職務使他無法平靜下來。曼徹斯特大學物理教授舒斯特因病退休，辭去了蘭沃爾西物理講座教授職務，學校決定請盧瑟福接任。1907年5月17日，盧瑟福先生告別了工作9年的蒙特利爾，於20日抵達英國，在這裏開始走上他的科學新旅程。
盧瑟福在麥克吉爾大學工作的幾年中，曾對α射線作了大量研究。到了曼徹斯特，他同蓋革和馬斯登等人愉快地合作，他們自己動手製作計數器，計數器的製作成功給他的研究帶來了很大的幫助，使他的實驗能夠進入到定量的研究階段。在蓋革和馬斯登等人的幫助下，使得對α粒子的計數，電荷的本質研究取得了突破性的成果。他們用一係列的科學實驗雄辯地證實了“α粒子在失去電荷後就是一個氦原子”。