برای نخستین بار جان تامسون ، با استفاده از لامپ پرتو کاتدی ، به ماهیت زیر اتمی ها پی برد . وی به دو سر الکترود مثبت و منفی لامپ، اختلاف پتانسیل الکتریکی وصل کرد ، و مشاهده کرد که پرتو کاتدی از الکترود منفی (کاتد) به الکترود مثبت (آند) می رود . سپس در مسیر پرتو کاتدی میدان مغناطیسی قرار داد و مشاهده کرد که پرتو کاتدی به سمت قطب مثبت منحرف می شود و همچنین در این مسیر ، توربین پرّه دار قرار داد و بر اثر برخورد پرتو به توربین ، توربین شروع به حرکت می کرد .

وی با تکیه بر آزمایش های خود به این نتیجه رسید که ذرات سازنده پرتو کاتدی دارای بارالکتریکی منفی هستند و همچنین علاوه بر ماهیت موجی که پرتو دارد ، ماهیت ذره ای نیز از حود نشان می دهد . تامسون این ذرات منفی را ، الکترون نامید و بعد ها وی دریافت که ذرات سازنده پرتو کاتدی در تمام مواد وجود دارند . وی با استناد بر استنتاج های خود نظریه اتمی خود را مطرح ساخت .

مطابق این مدل ، اتم از بار الکتریکی منفی ( الکترون ) و بار الکتریکی مثبت تشکیل شده است که به صورت یکنواخت در سراسر اتم پخش شده است .     اما مدل اتمی تامسون دارای نقصهایی می باشد که از جمله آن، این بود که محاسبات انعکاس و انحراف پرتو آلفا هنگام گسیل به ورقه نازک فلزی ، نسبت به مدل اتمی تامسون مغایر بود . به همین دلیل دانشمندان درصدد تعمیر مدل اتمی شدند .