На 29 април 1897 г. директорът на Кавендишката лаборатория към Кембриджския университет Джоузеф Джон Томсън изнася доклад в Кралския институт, в който съобщава за откриването на частица от нов тип - хиляди пъти по-лека от атома на водорода. Названието „електрон" за тази частица е вече е предложено още през 1881 г. от ирландския физик Стоней.Томсън прави своето откритие като изследва катодни лъчи. Те са открити от немския физик Юлиус Плюкер през 1858 г. и преоткрити от сънародника му Йохан Хиторф през 1869 г. През следващите години катодните лъчи стават обект на изследване за много учени.
В навечерието на 1897 г. за тях вече е известно, че се разпространяват праволинейно, отклоняват се в магнитно и електрично поле, преминават през тънки пластини... През 1895 г. Перен доказва, че катодните лъчи са поток от отрицателно заредени частици.
Още през 1815 г. Прут изказва предположението, че атомите на всички химически елементи са образувани от едни и същи фундаментални частици - атомите на водорода. Томсън споделя възгледите на Прут, но предполага, че фундаменталните "атоми" не са атомите на водорода, а несравнимо по-леките частици на катодните лъчи - електроните.
Дж. Томсън работи с три различни катодно-лъчеви тръби, запълва ги с различни газове. При всички опити той получава винаги една и съща стойност за специфичния заряд на частиците (е/m - отношението на енергията към масата). Това му дава основание да направи извода, че катодните лъчи са съставени от частици и те представляват фундаментални съставни части на веществото.
Според Томсън "катодните лъчи представляват ново състояние на веществото, което съществено се различава от газообразното... В това ново състояние материята представлява вещество, от което са построени всички химични елементи".
Томсън прави извод, че новооткритите частици са своеобразен първичен материал на атомната структура. Този извод има революционен характер - той нанася удар по класическия атомизъм и неговата най-консервативна част, като постановява: Атомът не е неизменен, той е делим! Атомът се състои от по-малки фрагменти.
Без да се отрича приносът на другите физици за изследване и изясняване природата на катодните лъчи - Ленард, Вихерт, Кауфман, Херц, Вин и др., определено може да се каже, че приоритетът за откриването на електрона принадлежи изключително на Дж. Дж. Томсън.
Физикът Вюлцев прави образно сравнение: "Ако ученият се оприличи на орач, може да се каже, че Вихерт е разорал една бразда, а Томсън - цялото поле ..."
Създадената от Томсън концепция за електрона служи като основа на атомната физика в продължение на три десетилетия. Щом електронът е структурна компонента на атома, естествено е да се търси неговото място в сложната постройка. Един от първите модели на атома предлага самият Дж. Дж. Томсън - още през 1897 г., а няколко години по-късно го усъвършенства.
Според този модел атомът се състои от обемно разпределен положителен заряд под формата на сфера, в която отрицателно заредените електрони заемат равновесно положение, разместени в плоскости по пръстени около центъра на сферата. Различията в атомите на химическите елементи Томсън обяснява с различния брой електрони в тях и спецификата на разпределението им. Според Бор моделът на Томсън "съдържа много оригинални мисли и е оказал голямо влияние върху по-нататъшното развитие на атомната теория".
