Nikto však nevedel veľa o tom, čo vlastne tok elektrickej energie obsahuje.
J.J.Thomson objavil, že tok elektrickej energie pozostáva z častíc, ktoré sa dajú sledovať, keď sa nechá elektrická energia prúdiť z jedného konca špeciálne zostrojenej trubice k druhému. Trubica bola známa pod názvom katódová trubica. Pôvodný zámerom bolo zostaviť vákuovú trubicu, ale v skutočnosti v nej zostávalo určité množstvo plynu. Trubica bola uchytená medzi dve kovové doštičky, ktorým mohol byť dodaný elektrický náboj: jeden kladný a druhý záporný. To umožnilo, aby sa elektrická energia pohybovala od jedného konca trubice k druhému bez toho, aby boli tieto dva konce trubice spojené vodičom. Tak mohol Thomson pozorovať, čo sa nachádzalo "vo vnútri" elektrickej energie bez maskovania fyzikálnou štruktúrou vodičov. Z dôvodov, ktoré spočiatku neboli chápané, prítomnosť plynu spôsobila, že sa v trubici vytváralo svetlo. Mnoho vedcov sa pred Thomsonom snažilo vysvetliť, čo sa v trubici deje, avšak nakoniec sa priznalo J.J.Thomsonovi, že ako prvý dokázal, že príčinou svetla jetok častíc, ktoré nazval elektróny. Na svojej dráhe cez trubicu, častice v skutočnosti nesvietili; prazvláštné svetlo zpôsobovala ich interakcia s plyny vo vzduchu v trubici.
Thomson objavil, že žiariaci tok elektrónov bol ovplyvniteľný magnetom. Pozorovaním smeru, ktorým sa tok pohyboval, prišiel na to, že tieto časti majú záporný elektrický náboj. Naviac na základe toho, do akej miery vychýlil tok elektrónov, dokázal Thomson vypočítať, že každý elektrón musí mať hmotnosť menšiu ako atóm najľahčieho známeho prvku – vodíka. Znamená to, že sa jedná o niečo elementárnejšieho, ako je atóm? A pokiaľ áno, dá sa objaviť niečo iného s odpovedajúcou hmotnosťou a inými fyzikálnymi vlastnosťami, čo by doplňovalo súčasť atómu? Vedci na celom svete začali vyvíjať snahu, aby identifikovali aj iné častice, ktoré by sa zároveň s elektrónmi mohli vyskytovať vo vnútri atómu. Začali sa zamýšľať nad tým, o akú štruktúru by mohlo ísť. Jednou z predstav bolo, že záporne nabité elektróny sa zrejme v každom atóme pohybujú okolo jadra, ktoré je nabité kladne, takže dva opačne nabité elektrické náboje sa návzajom priťahujú a tak držia atóm pohromade.
Rutherford túto predstavu rozšíril ďalej. V rámci svojej bádaťelskej činnosti dokázal, že energia vyžarovaná radioaktívnymi látkami má tri odlišné formy. V sérii pokusov zistil, že určitá časť energie dokáže preniknúť tenkou prekážkou z ťažkého kovu a časť energie to nedokáže. Okrem toho tá časť energie, ktorá prenikla tenkou prekážkou, bola zachytená silnejšou prekážkou. Ukázalo sa, že ostatná časť energie prenikal akoukoľvek veľkou prekážkou. Lúče, ktoré sa odrazili naspäť už od najtenšej prekážky, boli označené ako lúče alfa.