L'esistenza degli elettroni fu dimostrata sperimentalmente per la prima volta nel 1897 dal fisico britannico Joseph John Thomson (1856-1940) attraverso i suoi esperimenti sui raggi catodici. Gli esperimenti di Thomson prevedevano il passaggio di una corrente elettrica attraverso un tubo a raggi catodici, un tubo di vetro sigillato con due elettrodi metallici alle estremità opposte. Quando veniva applicata un'alta tensione tra gli elettrodi, un fascio di raggi catodici veniva emesso dall'elettrodo negativo (catodo) e viaggiava verso l'elettrodo positivo (anodo).

Thomson condusse vari esperimenti per studiare le proprietà dei raggi catodici, inclusa la loro deflessione nei campi elettrici e magnetici. Osservò che i raggi catodici venivano deviati sia dai campi elettrici che da quelli magnetici, indicando che erano composti da particelle caricate negativamente. Misurando la quantità di deflessione in questi campi, Thomson fu in grado di determinare che queste particelle avevano una massa molto piccola rispetto agli atomi. Ha anche stimato il rapporto tra carica e massa (e/m) di queste particelle.

Gli esperimenti di Thomson fornirono prove evidenti dell'esistenza di particelle subatomiche molto più piccole degli atomi, che egli propose fossero elettroni. Nei suoi articoli si riferì a queste particelle come "corpuscoli", ma in seguito adottò il termine "elettroni" suggerito dal suo collega G. Johnstone Stoney. Il lavoro di Thomson sui raggi catodici e la scoperta degli elettroni gettarono le basi per lo studio delle particelle subatomiche e lo sviluppo del campo della fisica delle particelle.