В конце XIX в. изучение электрических разрядов в газах положило конец представлению об атоме, как простейшей неделимой частице элемента.
Было обнаружено, что если из стеклянной трубки, в оба конца которой впаяны металлические электроды, откачать воздух до давления менее 0,01 мм рт. ст. и подвести к электродам напряжение несколько тысяч вольт, то стекло трубки начинает светиться слабым зеленоватым светом.
Свечение трубки вызывается невидимыми для глаза лучами, исходящими от отрицательно заряженного электрода — катода — и получившими вследствие этого название катодные лучи.
Изучение свойств этих лучей показало, что они действуют на фотографическую пластинку, вызывают свечение стекла и других материалов, способны вращать вертушку. В магнитном и электрическом полях катодные лучи отклоняются от прямолинейного направления, причем в электрическом поле — в сторону положительно заряженного электрода.
Твердое тело под действием катодных лучей приобретает отрицательный электрический заряд. Всестороннее изучение свойств этих лучей показало, что катодные лучи представляют собой поток быстродвижущихся отрицательно заряженных частиц.
Масса этих частиц примерно в 1840 раз меньше массы атома водорода и составляет 0,00055 а.е.м. Определение величины заряда показало, что каждая частица имеет отрицательный заряд, равный 4,8 · 10-10 абсолютной электростатической единицы или 1,60 · 10-19 Кл. Эти частицы получили название электроны. Следовательно, электроны представляют собой мельчайшие частицы, несущие отрицательный заряд.