1876年科学界把普吕克发现的射线确认为“阴极射线”后，便出现了关于“阴极射线”本质的争论。有的认为是气体分子在阴极上得到电荷后形成的负离子；有的认为是和光线一样没有重量、非实物粒子的电磁辐射。英国剑桥大学物理学教授J·J·汤姆逊在反复分析了关于阴极射线的大量实验事实后，提出一个大胆的假说：阴极射线是一种特殊粒子的高速运动形成的，这种粒子比原子轻得多而且带有电荷。
1897年，汤姆逊在阴极射线流经方向相垂直的位置上，施加了比以往强大得多的电场，预料中的偏转现象明显地显现出来，偏转方式与带负电粒子相同。这就证明了阴极射线确实是一种带负电的微粒。进一步测定这种粒子的荷质比知道：它的荷质比是这种带电粒子的固有属性，而与实验条件无关。由此可见，这种负电粒子存在于任何元素之中，是一切物质组成中所共有的粒子。后来汤姆逊将电子的荷质比与电解时测得的氢离子的荷质比相比较，发现电子的质量极轻，还不到离子质量的干分之一。
汤姆逊在向英国皇家学会报告了自己的工作后，1897年4月30日发表《论阴极射线》一文，宣告了电子的发现。由于他的重大贡献，1906年初被授予诺贝尔物理学奖。电子的发现不仅使电学的研究深入了一个层次，而且打破了以往认为原子不可分的传统观念，为物质结构的研究深入一个层次开辟了道路。