На ис­хо­де XIX в. было про­ве­де­но много опы­тов по изу­че­нию элек­три­че­ско­го раз­ря­да в раз­ре­жен­ных газах. Раз­ряд воз­ни­кал между от­ри­ца­тель­ным элек­тро­дом (ка­то­дом) и по­ло­жи­тель­ным элек­тро­дом (ано­дом), при­чем оба элек­тро­да за­па­и­ва­ли внутрь стек­лян­ной труб­ки (труб­ки У. Крук­са), из ко­то­рой ча­стич­но от­ка­чи­ва­ли газ (см. рис. 1). Когда газ в труб­ке ста­но­вил­ся до­ста­точ­но раз­ре­жен­ным, тем­ная об­ласть во­круг ка­то­да по­сте­пен­но рас­ши­ря­лась, пока не до­сти­га­ла про­ти­во­по­лож­но­го конца труб­ки, ко­то­рый после этого на­чи­нал све­тить­ся. Цвет этого све­че­ния за­ви­сел от со­ста­ва стек­ла, из ко­то­ро­го была из­го­тов­ле­на труб­ка.

В конце XIX в. счи­та­лось, что это све­че­ние вы­зва­но не­из­вест­ны­ми лу­ча­ми, ис­хо­дя­щи­ми от ка­то­да, и ожив­лен­но об­суж­да­лась при­ро­да этих лучей (ка­тод­ных лучей). В 1895 г. Ж. Пер­ре­ну уда­лось со­брать лучи в изо­ли­ро­ван­ном со­су­де и до­ка­зать, что они несут от­ри­ца­тель­ный заряд. Вско­ре после этого Дж. Том­сон осу­ще­ствил свой клас­си­че­ский экс­пе­ри­мент, в ко­то­ром он впер­вые отож­де­ствил ка­тод­ные лучи с ча­сти­ца­ми, на­зван­ны­ми позд­нее элек­тро­на­ми. Со­зда­вая элек­три­че­ское поле между пла­сти­на­ми (см. рис. 2), Том­сон на­блю­дал сме­ще­ние све­тя­ще­го­ся пятна на конце труб­ки. Про­ве­дя из­ме­ре­ния, Том­сон об­на­ру­жил, что для ча­стиц, со­став­ля­ю­щих ка­тод­ные лучи, от­но­ше­ние массы к за­ря­ду не за­ви­сит от при­ро­ды газа, а его зна­че­ние очень мало по срав­не­нию с наи­мень­шей из­вест­ной ве­ли­чи­ной этого от­но­ше­ния (то есть для иона во­до­ро­да).