α粒子带正电荷，由两粒带正电荷的质子和两粒中性的中子组成，相等于一个氦原子核。由于带正电荷，它会受电磁场影响。在自然界内大部份的重元素(原子序数为82或以上)都会在衰变时释放它，例如铀和镭。由于α粒子的体积比较大，又带两个正电荷，很容易就可以电离其他物质。因此，它的能量亦散失得较快，穿透能力在众多电离辐射中是最弱的，人类的皮肤或一张纸已能隔阻α粒子。

卢瑟福从1904 年到1906年６月，做了许多α 射线通过不同厚度的空气、云母片和金属箔（如铝箔）的实验。英国物理学家 W.H.布拉格 　(Bragg, W.H.1862-1942)在1904-1905年也做了这样的实验.他们发现, 在此实验中α 射线速度减慢,而且径迹偏斜（即发生散射现象）例如，通过云母的的某些α射线,从它们原来的途径约偏斜了２°,发生了小角度散射,1906年冬,卢瑟福还认识到α粒子在某一临界速度以上时能打入原子内部,由它的散射和所引起的原子内电场的反应可以探索原子内部结构。而且他还预见到可能会出现较大角度的散射。
　　1907-1908年间,在卢瑟福指导下盖革也进行了α粒子散射实验研究,发现α粒子射入金属箔时散射角与材料的厚度和原子量有关;又发现大多数粒子散射角度很小,但有少数α 粒子偏角很大。卢瑟福敏锐地认识到精确地观察大角度α 粒子散射对于了解原子内部的电场和结构非常重要,在卢瑟福的指导下,盖革角度和青年研究生马斯顿 (Marsden,E.1889-?)于1909年３月用镭作放射源,进行α 粒子穿射金属箔(先后用了金箔和铝箔)的实验,精心测量极少的大角度散射粒子.结果发现约有八千分之一的入射α粒子发生大角度偏转,偏转角平均为 90°，其中有的甚至反弹回来，α 粒子的这种反常的散射现象, 使卢瑟福十分惊讶，虽然他事前对大角度散射做过一些推测。多年以后， 在1925年的一次讲演中曾讲到1909年3月这次实验后的心情。他说：“如果将一张金叶放一束α 射线的径迹上，某些射线进入金的原子并被散射，那只是所期望的。　但是，一种明显而未料想到的观察是一 些快速的α粒子的速度和能量之大，那是一张极其惊人的结果。……正好像一个炮手将 一颗炮强射在一张纸上，而由于某种其他原因弹头再弹回来一样”。