对原子内部结构的认识是20世纪最伟大的发现之一，这是从1897年英国物理学家汤姆生发现电子开始的.电子的发现和阴极射线的实验研究是联系在一起的，而阴极射线的发现和研究又是从真空管放电现象开始的.早在1858年，德国物理学家普吕克在利用放电管研究气体放电时就发现了阴极射线.普吕克利用真空泵，发现随着玻璃管内空气稀薄到一定程度时，管内放电逐渐消失，这时在阴极对面的玻璃管壁上出现了绿色荧光.当改变管外所加的磁场时，荧光的位置也会发生变化，可见，这种荧光是从阴极所发出的射线撞击玻璃管壁所产生的.
    阴极射线究竟是什么呢？在19世纪后30年中，许多物理学家投入了研究.当时英国物理学家克鲁克斯等人已经根据阴极射线在磁场中偏转的事实，提出阴极射线是带负电的微粒，根据偏转算出阴极射线粒子的比荷（e/m）要比氢离子的比荷大1 000倍之多.当时，赫兹和他的学生勒纳德，在阴极射线管中加了一个垂直于阴极射线的电场，企图观察它在电场中的偏转，为此他们认为阴极射线不带电.实际上当时是由于真空度还不高，建立不起静电场.
 

    汤姆生设计了新的阴极射线管（如图），在电场作用下由阴极C发出的阴极射线，通过A和B聚焦，从另一对电极D和E间的电场中穿过，右侧管壁上贴有供测量偏转用的标尺.他重复了赫兹的电场偏转实验，开始也没有看见任何偏转.但他分析了不发生偏转的原因可能是电场建立不起来.于是，他利用当时最先进的真空技术获得高真空，终于使阴极射线在电场中发生了稳定的电偏转，从偏转方向也明确表明阴极射线是带负电的粒子.他还在管外加上了一个与电场和射线速度都垂直的磁场（此磁场由管外线圈产生），当电场力eE与磁场的洛伦兹力evB相等时，可以使射线不发生偏转而打到管壁中央.经过推算可知，阴极射线粒子的比荷e/m≈10¹¹ C/kg.通过进一步的实验，汤姆生发现用不同的物质材料或改变管内气体种类，测得射线粒子的比荷e/m保持不变.可见这种粒子是各种材料中的普适成分.
    1898年，汤姆生又和他的学生们继续做直接测量带电粒子电荷量的研究.其中之一就是用威尔逊云室，测得了电子电荷是1.1×10^-19 C，并证明了电子的质量约是氢离子的千分之一.于是，汤姆生最终解开了阴极射线之谜.这以后不少科学家较精确地测量了电子的电荷量.其中有代表性的是美国科学家密立根，在1906年第一次测得电子电荷量e=1.34×10^-19 C,1913年最后测得e=1.59×10^-19 C.在当时的条件下，这是一个高精度的测量值.近代精确的电子电荷量e=1.602 177 33(49)×10^-19 C（括号中的值是测量误差）.