人们对原子核的认识始自于电子，我们平常所用的电也来自于这种微小粒子的快速流动。科学家是怎么发现电子的呢？这要从阴极射线说起。
19世纪后，科学家们对电有了更多的认识，开始从事与气体放电现象有关的实验研究。1867年，德国科学家希托夫发现，如果将金属薄片放在真空放电管的阴极和产生荧光的管壁之间，会投射出清晰的阴影，说明产生荧光的是一种起源于阴极、沿直线前进的射线，而且它能被磁铁偏转，说明带有电荷，人们称此为“阴极射线”。
英国科学家克鲁克斯后来，英国科学家克鲁克斯发明一种新的高真空度气体放电管，通上高压电后，阴极发射出强烈的荧光，照射在阴极对面的玻璃壁上，如果在阴极和玻璃壁之间放置一个小叶轮，轮叶就会转动起来，说明这种射线具有热效应和动量。
这一现象引起英国科学家汤姆逊的浓厚兴趣。1897年，汤姆逊根据阴极射线在电场和磁场作用下的偏转，判定这是一种带电荷的粒子流，又用实验测定出这些粒子的电荷与其质量的比率为氢离子的千分之一。
当时人们唯一知道的带电粒子是原子的负离子，但阴极射线粒子不可能是这种负离子，因为它受电磁场的偏转如此强。这只有两种可能，要么就是它具有非常高的电荷，要么就是它的质量很小。汤姆逊最终测定出阴极射线粒子的电荷同电解中氢离子所带的电荷是同一数量级，从而证明了阴极射线粒子的质量确实只是氢离子的千分之一。
汤姆逊还发现，无论是改变放电管中气体的成分，还是改变阴极材料，阴极射线的粒子都是一样的，而且不论是由于强电场的电离、正离子的轰击、紫外光的照射、金属受灼热还是放射性物质的自发辐射，都发射出同样的带电粒子，说明这些粒子一定是从金属原子中被撞击出来的，因此它必定是组成原子的一种更小的粒子。汤姆逊当时把它称作“微粒”，后来改称“电子”。
汤姆逊用令人信服的证据表明，原子并非像人们以往所认为的那样是物质最终不可分割的基本粒子。尽管这种观念在当时令人震惊，但其后越来越多的实验发现证实了这一点。特别是1909年，美国物理学家密立根通过油滴实验，精确地测定出微小油滴上所带的电子电荷值，再次证明了电荷的不连续性和电子的存在。这些发现一步步带领人们进入到原子世界的内部。汤姆逊因此获得1906年诺贝尔物理学奖，密立根获得1923年诺贝尔物理学奖。
根据最新的实验测定结果，电子的质量为氢原子质量的1/1837，即9.10×10-28kg。