1894-ben forgó tükrös módszerrel megmérte a [[katódsugárzás]] [[sebesség]]ét, melyről kimutatta, hogy ezred része a [[fénysebesség]]nek. 1897-ben azt tapasztalta, hogy a katódsugárzás elektromos mezőbenmezővel is eltéríthető. 1899-ben meghatározta az elektron töltését, de elég nagy hibával. Ebben az évben azt is megmutatta, hogy a fényelektromos jelenség során kilépő részecskék fajlagos töltése megegyezik a katódsugárzás részecskéinek fajlagos töltésével, tehát a fényelektromos jelenségben is elektronok lépnek ki az anyagból. 1904-ben megalkotjamegalkotta saját [[atommodell]]jét.<ref>{{cite web|title=Joseph John Thomson|url=http://www.chemheritage.org/discover/online-resources/chemistry-in-history/themes/atomic-and-nuclear-structure/thomson.aspx|publisher=Chemical Heritage Foundation|accessdate=3 June 2016}}</ref> Ebben a „mazsolás kalácsnak” ''(plum pudding)'' nevezett modellben az atom pozitív elektromos közegében negatív töltésű elektronok mozognak.<ref>[https://nuklearis.hu/sites/default/files/nukleon/Nukleon_5_2_110_Horvath.pdf Horváth András, Radnóti Katalin, 2012: A Becquerel-sugaraktól a chicago-i reaktorig. I. rész. A kezdetek. Nukleon, V. évf. 110, 3. old.]</ref> Ezt az elképzelést az alfa-sugarak szóródásának kimutatásával Rutherford cáfolta meg.
1907-ben rájött arra, hogy elektromos és mágneses mezőt egyidejűleg alkalmazva, a különböző sebességű, de azonos fajlagos töltésű részecskék becsapódási nyomai parabola íven helyezkednek el. KísérletilegSikerült sikerültkísérletileg megcáfolnia az atom oszthatatlanságáról szóló elméletet.
