Pesquisa
Em 1894, Thomson começou a estudar raios catódicos, que são feixes luminosos de luz que seguem uma descarga eléctrica num tubo de alto vácuo. Era um tópico de investigação popular entre os físicos da época porque a natureza dos raios catódicos não era clara.
Thomson concebeu equipamento e métodos melhores do que os que tinham sido utilizados anteriormente. Quando passou os raios através do vácuo, conseguiu medir o ângulo em que foram desviados e calcular a relação entre a carga eléctrica e a massa das partículas. Ele descobriu que a razão era a mesma independentemente do tipo de gás utilizado, o que o levou a concluir que as partículas que constituíam os gases eram universais.
Thomson determinou que toda a matéria é constituída por partículas minúsculas que são muito mais pequenas do que os átomos. Inicialmente chamou a estas partículas ‘corpúsculos’, embora agora sejam chamadas electrões. Esta descoberta veio alterar a teoria dominante de que o átomo era a menor unidade fundamental.
Em 1906, Thomson começou a estudar os iões com carga positiva, ou raios positivos. Isto levou a uma das suas outras descobertas famosas em 1912, quando canalizou um fluxo de néon ionizado através de um campo magnético e eléctrico e utilizou técnicas de deflexão para medir a relação carga/massa. Ao fazê-lo, descobriu que o néon era composto por dois tipos diferentes de átomos, e provou a existência de isótopos num elemento estável. Esta foi a primeira utilização da espectrometria de massa.