2400多年前，人们就开始了对基本粒子的认识。从古希腊的“原子论”到近代道尔顿的“新原子论”，都认为原子是构成物质的最小单位，是永恒不变而且不可分割的。数千年来，人们从未对此产生过怀疑。
然而，1897年英国物理学家约瑟夫·汤姆逊却发现了比原子更小的单位——电子。这一石破天惊的发现，打开了人类通往原子科学的大门，标志着人类对物质结构的认识进入了一个新的阶段。
在汤姆逊发现电子之前，物理学家们在研究真空放电现象时发现了阴极射线。当时，科学界对阴极射线的本质是“光波”还是“微粒”，展开了旷日持久的争论。20多年之后，汤姆逊以其杰出的实验宣告了争论的结束，他令人信服地证明了阴极射线是带负电的微粒，因为它在真空管中产生了偏移，被负极板排斥，为正极板吸引。
1856年，汤姆逊出生于英国曼彻斯特郊区。年仅14岁的汤姆逊进入欧文学院学习，在欧文学院，他受到老师奥斯本·雷诺兹的悉心指导，养成了遇到新问题时独立思考的良好习惯。后来，他又进人剑桥大学“三一”学院学习，攻读完研究生课程后，他被聘为该学院的讲师。1884年，年仅28岁的汤姆逊被任命为剑桥大学卡文迪许实验室物理学教授。
在剑桥大学，汤姆逊组建了一个巨大的、设备完整的物理实验室。世界各地的科学家常到这里来开展研究工作，其中有7位后来获诺贝尔奖学金，有55位成为各大学的教授。
为了寻求电与实物之间的联系，汤姆逊于1886年开始了标志新时代来临的探索——对气体放电以及阴极射线进行化学分析。当时，科学界关于阴极射线本质的争论，引起了汤姆逊极大的兴趣。他决心通过自己精心设计的实验来解决这场争论。
1897年，汤姆逊在皇家学会讲演中，介绍了他的实验愿望，他的思想中包括了两个假说：
首先，汤姆逊认为，“在气体中的电荷载体一定比普通的原子或分子要小”。因为它们比起原子或分子来更容易更多地穿过气体。
其次，汤姆逊认为，“放电管中不管用什么气体，而电荷载体却都是一样的。”这一点也为事实所证明：不论真空管里是什么气体，射线在标准磁场作用下产生的偏移是一样的。
根据这些假说，汤姆逊大胆推测：阴极射线中的电荷载体是一种普通的物质成分，它比元素原子还要小。
同年，汤姆逊设计了一个创造性的实验。这项实验包括一个阴极作为射线源，两个金属栓带缝隙以便产生良好的射线来。然后，通过保险丝连接玻璃管和两个金属板以及电池，使两板之间形成电场，并在玻璃管的圆球形一端产生阴极射线冲击的闪光。
实验的核心是测出了阴极射线的电荷与质量的比值（后来被称为电子的“荷值比”）。他所得到的数值比法拉第所测得的最轻原子的荷质比大2000倍。这就最终结束了长达20多年的对阴极射线本质的争论，并合理地作出假说：存在着比元素原子还要小的一种物质状态。
汤姆逊将这种带负电的阴极射线粒子命名为“原始原子”，它的质量仅为氢离子质量的一千分之一。
后来的物理学成果证明，汤姆逊关于“比原子小”的“原始原子”的假说是对的。另一位著名的物理学家卢瑟福对此作了更具体科学的阐述，他用“核化原子”来解释：正电荷集中在原子的中心，形成沉重的原子核，而电子则环绕着它沿轨道旋转。最后，根据斯托尼的建议，将汤姆逊发现的“物质的原始电子”称作“电子”。
“电子”的发现，打开了现代物理学研究领域的大门，标志着人类对物质结构的认识进入了一个新的阶段。这不仅是物理学发展史上的一项划时代的重大发现，而且还具有极其深远的哲学意义。