Badania
W 1894 roku Thomson rozpoczął badania nad promieniami katodowymi, które są świecącymi wiązkami światła powstającymi w wyniku wyładowania elektrycznego w rurze o wysokiej próżni. Był to popularny temat badawczy wśród fizyków w tamtym czasie, ponieważ natura promieni katodowych była niejasna.
Thomson opracował lepszy sprzęt i metody niż te, które były używane wcześniej. Kiedy przepuszczał promienie przez próżnię, był w stanie zmierzyć kąt, pod jakim zostały odchylone i obliczyć stosunek ładunku elektrycznego do masy cząstek. Odkrył, że stosunek ten był taki sam niezależnie od rodzaju gazu, co doprowadziło go do wniosku, że cząstki tworzące gazy są uniwersalne.
Thomson ustalił, że cała materia składa się z maleńkich cząstek, które są znacznie mniejsze od atomów. Cząstki te początkowo nazywał „korpuskułami”, choć obecnie nazywa się je elektronami. Odkrycie to podważyło panującą teorię, według której atom był najmniejszą podstawową jednostką.
W 1906 r. Thomson zaczął badać dodatnio naładowane jony, czyli promienie dodatnie. Doprowadziło to do jednego z jego innych słynnych odkryć w 1912 roku, kiedy to skierował strumień zjonizowanego neonu przez pole magnetyczne i elektryczne i użył technik odchylania, aby zmierzyć stosunek ładunku do masy. W ten sposób odkrył, że neon składa się z dwóch różnych rodzajów atomów i udowodnił istnienie izotopów w stabilnym pierwiastku. Było to pierwsze zastosowanie spektrometrii masowej.