Investigación
En 1894, Thomson comenzó a estudiar los rayos catódicos, que son haces de luz brillantes que siguen a una descarga eléctrica en un tubo de alto vacío. Era un tema de investigación muy popular entre los físicos de la época porque la naturaleza de los rayos catódicos no estaba clara.
Thomson ideó un equipo y unos métodos mejores que los utilizados hasta entonces. Cuando hizo pasar los rayos por el vacío, pudo medir el ángulo con el que se desviaban y calcular la relación entre la carga eléctrica y la masa de las partículas. Descubrió que la relación era la misma independientemente del tipo de gas que se utilizara, lo que le llevó a concluir que las partículas que formaban los gases eran universales.
Thomson determinó que toda la materia está formada por partículas diminutas mucho más pequeñas que los átomos. En un principio, llamó a estas partículas «corpúsculos», aunque ahora se denominan electrones. Este descubrimiento puso en entredicho la teoría predominante de que el átomo era la unidad fundamental más pequeña.
En 1906, Thomson comenzó a estudiar los iones con carga positiva, o rayos positivos. Esto le llevó a otro de sus famosos descubrimientos en 1912, cuando canalizó una corriente de neón ionizado a través de un campo magnético y eléctrico y utilizó técnicas de desviación para medir la relación carga-masa. De este modo, descubrió que el neón estaba compuesto por dos tipos diferentes de átomos y demostró la existencia de isótopos en un elemento estable. Este fue el primer uso de la espectrometría de masas.