استخدم طومسون الحقيقة التي تنص على أن الشحنات المختلفة تتجاذب في أنبوب الأشعة المهبطية.
أنبوب الأشعة المهبطية هو عبارة عن أنبوب زجاجي يحتوي على فراغ نسبي، ويحتوي على قطبين كهربائيين، أحدهما قطب سالب يسمى المهبط، والآخر قطب موجب يسمى المصعد. عندما يطبق فرق جهد كهربائي بين القطبين، تنطلق من المهبط أشعة رفيعة تسمى أشعة المهبطية.
قام طومسون بدراسة سلوك أشعة المهبطية في مجال مغناطيسي. وجد أن أشعة المهبطية تنحرف عند دخولها مجالاً مغناطيسياً عمودياً على اتجاهها، واتجاه الانحراف يعتمد على اتجاه المجال المغناطيسي.
تفسير ذلك هو أن أشعة المهبطية تمتلك شحنة كهربائية. الشحنات الكهربائية تتأثر بالمجال المغناطيسي، حيث تتعرض إلى قوة مغناطيسية تتسبب في انحرافها.
إذا كانت أشعة المهبطية تتكون من شحنات موجبة، فإنها ستتنافر مع المجال المغناطيسي، وبالتالي فإن اتجاه الانحراف سيكون في اتجاه المجال المغناطيسي. ولكن لو كانت أشعة المهبطية تتكون من شحنات سالبة، فإنها ستتجاذب مع المجال المغناطيسي، وبالتالي فإن اتجاه الانحراف سيكون في اتجاه معاكس لاتجاه المجال المغناطيسي.
وجد طومسون أن اتجاه الانحراف كان في اتجاه معاكس لاتجاه المجال المغناطيسي. هذا يعني أن أشعة المهبطية تتكون من شحنات سالبة.
هذا الاكتشاف كان خطوة مهمة في فهم بنية الذرة. حيث أثبت أن الذرة تحتوي على جسيمات سالبة الشحنة، وهي الإلكترونات.
