电子电荷的测定，实际上从1896年就开始了。汤姆生有一位研究生，名叫汤森德（J.S.E.Townsend），创造了电解法。氧气从电解池E中产生后，经过A滤去臭氧，经B瓶的水发泡产生云雾，穿越绝缘的石蜡块P进入浓硫酸容器c、d、e，气体中的水分及所带电量全部被硫酸吸收，干燥气体进入D瓶，用象限静电计Q分别测容器G和D的电量。他让电解产生的带有电荷的氧气，从水中发泡产生云雾，测量云雾下降的速度，借速度与雾滴半径的关系求出雾滴的平均重量，再根据水分的总重量求出雾滴的个数。另一方面，他收集这些氧气所带电量，用静电计进行测量，所得电量被雾滴个数除，即得每颗雾滴的电荷。他认为这就是电子的电荷。1897年发表的结果是e≈10-19库，这个结果虽然很粗略，对确定电子的存在还是很有意义的。不过，汤森德的方法非常烦琐，得到的结果仅仅是平均值。
第二年，汤姆生改进了利用云雾的实验方法。密闭容器A中充有水气和空气，容器上方是一只X射线管，X射线照射容器，使里面的空气电离。下方有一活塞P，当它突然下降时，会使容器中的气体迅速膨胀而产生过饱和蒸气，然后以离子为核心形成云雾。这个方法比汤森德的电解法略有改善，得到的平均结果是e=1.1×10-19库。
过了几年，汤姆生的另一名研究生H.A.威尔逊又将汤姆生的方法做了改进。他在密闭容器中加了两块水平极板n、p，并加上电压，使极板中产生电场，然后用显微镜T（短焦距望远镜，当显微镜用）观察带电云雾在电场作用下的运动情况。他先观测不加电压时，云层顶端在重力单独作用下下降的速度；再观测加电压后，云层顶端在重力和电场力共同作用下加快了的下降速度。比较这两种速度，经过计算，他得到的平均电子电荷值e=1×10-19库。
汤姆生的学生花了很大力气，希望从实验直接测定电子的电荷值，但是始终只能得到平均结果，没有能够证明电的分立性，这就给反对者留下了借口，继续挑起论战。他们否认电的分立性，不承认有基本电荷，实际上也就是否认电子的存在。
关键是要能精确地测定单个电子的电荷值。这项任务落到了美国物理学家密立根（R.A.Millikan）的肩上。密立根是芝加哥大学教授。他和以测量光速著称的迈克耳逊是同事。1906年，这时密立根已38岁，有一天在学校的讨论会上他给师生们做了关于汤姆生发现电子的介绍性报告，为了准备这篇报告，他仔细读了汤姆生1897年的论文，深深地被这项工作所吸引。
报告会后他就和研究生一起重复H.A.威尔逊的平板电极法实验，由于密立根采用镭作为电离剂，代替了X射线，电离的效果比较好，得到e＝1.34×10－19库。这个结果受到物理学家卢瑟福的赞许，卢瑟福向他指出，如果能防止水的蒸发，也许e值还可增大。
为了研究云层蒸发的情况，密立根打算把云层稳定在某一高度，以便连续进行观察。这件事很容易办到，只要改换电场方向，使云层所受电力和重力方向相反，并适当加大电压即可达到目的。
1909年夏，密立根将电压加到1万伏，当他合上电闸时，奇迹出现了。云层哪里稳定得住，竟立即消散离析，带电雾粒以不同速度散开，偶而有几滴水珠留在视场中闪闪发光，好像天上的星星一样。
他立刻领悟到这几滴水珠之所以停在空中不动，是因为它们所受的电场力正好与重力平衡。
既然如此，为什么不可以从平衡的带电水珠求电子的电量呢？
于是，密立根就创造了水珠平衡法。
密立根用水珠平衡法测得了大量数据，证明重量不同的水珠所带的电量，几乎都是某一常数的整数倍，这个常数就是基本电荷值。他的结果是e＝1.55×10－19库，跟当时其他方法所得结果符合得很好。
1909年8月，密立根到加拿大参加科学会议，他报告了自己的工作，受到与会代表的称赞，他也从会议上了解到测量电子电荷的重大意义。就在他乘火车从加拿大返回美国的途中，他正向窗外眺望，突然灵感上心，钟表油是几乎一点也不蒸发的，何不用钟表油来试试呢？于是，当他回到芝加哥后，就立即安排研究生用钟表油做试验。
由于使用不易蒸发的钟表油，液滴用喷雾器由开口喷入即可，实验装置大大简化，操作也方便多了。密立根请技师做两块22厘米直径的圆铜盘，边上垫三块小小的石英片作为绝缘，这就组成了平板电容器。上极板中心钻半毫米的小孔，让喷雾器由此喷进油滴，少数油滴在喷嘴上摩擦，即可带上电荷。平板间加上万伏的电压，用显微镜对准油滴，确定使油滴处于平衡所需电压，由此即可计算油滴所带电量。
1910年以后，密立根又进一步改进实验方法。他让油滴在电场力和重力的共同作用下，上上下下地运动。从上下运动的时间求出速度，然后用X射线或镭照射油滴，使油滴所带电量增多或减小。这时，实验者从显微镜中会观察到油滴运动的速度突然发生了改变，从速度改变的差值就可求出电荷量改变的差值。
实验结果表明，油滴上电荷量的变化总是基本电荷值的倍数。密立根用这个方法得到了精确的基本电荷值为e＝（1.591±0.003）×10－19库。就这样，密立根以大量实验无可辩驳地证实了电的分立性，为近代物理学的发展奠定了重要基础。
密立根是一位作风严谨、技艺精巧的实验物理学家。他钻研电子电荷的测量工作历经十几年，积累了上千次实验数据。他不断地改进实验方法，结果越做越精。据说，当年好奇的新闻记者登门采访，要求密立根展示他做出惊人成果的仪器设备，密立根再三推托，无奈记者百般恳求，只好照办。他叫实验员用托盘端上一个用圆铜盘做的平板电容器，诙谐地指着电容器对记者说：“秘密全在这里。”装置如此简单，使记者惊讶不已。
密立根在1923年荣获诺贝尔物理学奖，奖励他发明了油滴仪，从而精确地测定了电子电荷，确定了基本电荷的存在，并且还对他另一项工作予以奖励，这项工作是他在光电效应方面的研究。