在对阴极射线大量研究工作的基础上，为了进一步揭示电与实物的联系，英国一位著名的物理学大师约翰·汤姆逊从1886年起，对气体放电现象和阴极射线便开始了长期深入的研究，并且为揭开原子的秘密，进行了具有划时代意义的探索工作。
2000多年以来，人们一向认为原子是构成世间万物的最基本单元，是无法再分割的最小微粒。人们通过对阴极射线粒子性质的测定，已经知道它带有负电荷。而原子是呈中性的，显然，阴极射线粒子绝不是“原子流”。既然如此，它究竟是什么呢？这一令世人关注的难题，汤姆逊经过近十年的潜心研究，终于找到了明确的答案。
事情是这样的，1897年，汤姆逊使用一只真空玻璃管，对阴极射线粒子的电荷与质量的比值进行了精确的测定。他在玻璃管内安装上两个电极，玻璃管右端的内壁涂有荧光物质，一旦有粒子打在这种物质上，立刻有闪光发出，这样便于人们观察与测量；另外，在玻璃管的中部平行放置两块金属板。
将电极与电源接通，于是有粒子从阴极发射出来，这些粒子穿过阳极板后，直接打到玻璃管右端中间的位置，人们能够清楚地观察到黄绿色的光斑。然后，将金属板与电源相接，玻璃管周围空间建立起电场。这时，若有带电粒子从中穿过，必定受到电场力的作用，使粒子的运动方向发生改变，粒子会向上或向下偏转，这样，玻璃管右端发光位置也会跟着上下移动。
倘若把玻璃管置于磁场中，那么，带电粒子在磁场中运动时，要受到磁场力的作用，粒子的运动方向也会发生改变。于是，人们可以根据阴极射线粒子在电场力和磁场力作用下的偏转情况，测量出粒子所带电荷与它的质量之比，这个比值称为粒子的“荷质比”，不同的粒子，这个比值是不一样的。因此，人们常常把荷质比视为一个粒子的标志量。只要在实验中，将一个粒子的荷质比测定出来了，就意味着这种粒子已经被找到了，这是人们确定粒子和区分粒子的非常重要的方法。
汤姆逊当时发现的这种粒子，正是如今人们非常熟悉的“电子”。由此不难看出，阴极射线是由电子组成的粒子流。
至此，长期以来披着神秘面纱的阴极射线，终于被人们彻底认清了它的真面目。
由于汤姆逊最先确认了电子的存在，因而，他常常被人们赞誉为“电子之父”。
电子的发现，意义非常深远。人类对于物质微观结构的探索，经历了漫长的岁月，走过了坎坷的历程。电子发现之前，人们一直认为原子是自然界中不能再分的最小单元。原子的英文是“atom”，在希腊文中就是不可分割的意思。氢原子是原子大家族中最轻的成员，有“宇宙之砖”的美称。然而，通过阴极射线粒子荷质比的测定，知道这种粒子的质量非常小，仅有氢原子质量的两千分之一。言外之意，自然界中还存在着比氢原子小得多的粒子。这样，氢原子“宇宙之砖”的美称也就破灭了。
众多的科学家，由于受到长期以来传统观念的束缚，对于汤姆逊给出的实验结果，他们不敢相信。在这些人的心目中，自然界不可能存在着比原子更小的粒子。因此，他们认为汤姆逊的测量结果是荒唐可笑的；甚至，有些人竟然把汤姆逊的这一重大发现，嘲讽为江湖骗子。
面对着世俗的偏见和一些人的冷嘲热讽，汤姆逊并没有退缩，这正是他与众不同之点，也正是他的可贵之处。他敢于面对实验事实，勇于打破“宇宙之砖”的神话，果敢地承认：自然界存在着比原子更小的粒子。
电子是人类认识的第一个“基本粒子”，电子的发现具有划时代的意义。因此，汤姆逊因为这一杰出贡献而名扬天下。
汤姆逊1856年12月18日出生在英国曼彻斯特附近的市郊，他自幼聪明好学，14岁时就进入曼彻斯特的欧文学院学习。汤姆逊最突出的特点是善于独立思考，学习中遇到的新问题，他总是凭借自己的努力，使问题得到解决。
后来，汤姆逊又来到英国著名的剑桥大学三一学院学习。
在这期间，由于他的学习成绩出类拔萃，他成了三一学院第二位“斯密斯奖学金”获得者。
1880年，汤姆逊开始攻读博士学位，毕业后留校工作。
1884年，他被英国著名的实验室--卡文迪什实验室聘任为物理学教授，当时年仅28岁。
1918年，汤姆逊开始担任三一学院的院长，在这个职位上，他辛勤耕耘了22年，直至1940年8月30日逝世。
汤姆逊一生中，从事科学研究工作长达半个多世纪。在剑桥，他建立起规模庞大、设备非常完善的实验室，世界各地的科学家经常到这里开展研究工作，其中有7位科学家相继荣获诺贝尔奖，有55位成为各大学的教授。
汤姆逊的一生，可谓成绩卓著，他最具代表性的科学成果当属电子的发现。为人类探索物质微观世界的奥秘，他做出了开拓性的工作，也因此而荣获了1906年度的诺贝尔物理学奖。
另外，通过大量的实验，汤姆逊还发现了一个重要的现象：不管阴极板是用什么材料制作的，由阴极发射出的粒子总是一模一样的，这表明这种粒子是组成各种材料的共同成分。
换句话说，电子是组成各种原子的共有成员。若事实果真如此，那么，必然会出现新的矛盾。人所共知，原子是呈中性的，如果原子内存在着带负电的粒子，显然，原子内必定还有带正电荷的成分。由此人们不难看出，原子不是一个简简单单的粒子，它一定有着复杂的内部结构。这样一来，“原子不可分”
的传统观念也就不攻自破了，人们对原子的认识，从此将揭开新的篇章，这也标志着人类对于物质微观结构的探索迈入了崭新的阶段。因此，汤姆逊的重大发现，不仅在物理学发展史册上具有里程碑的意义，而且还有着非常重要的哲学意义，它无可争辩地证实了，物质无限可分的观点是正确的。
因此，汤姆逊被人们赞誉为最先打开原子物理学大门的伟人。
