做風箏實驗證實。富蘭克林認為在正常狀況，每一種物質都含有固定比例的電量。假設，經過某種程式，促使物體得到更多電，則稱此物體帶正電；假設，經過另一種程式，促使物體失去電，則稱此物體帶負電。假設，這兩個物體互相接觸到對方，電流會從帶正電物體流往帶負電物體，這樣，設定了電流方向（與我們今天認識到的電子流動方向正好相反）。 在黑暗中，做摩擦起電的動作，就能夠看到電火花，空中的閃電也是有顏色的。可是要研究電流本身的顏色，必須有一個能夠提供長時間持續平穩電流的電源。但是上述幾位研究者都無法得到這電源。義大利人亞歷山德羅·伏打發明的伏打電堆解決了這一問題。後來，麥可·法拉第又研究出更廉價的發電機，使得長時間維持大量電流變得更加容易。第二問題的解決則是由德國人海因里希·蓋斯勒完成，這位傑出的吹管工人，做成了一台以水銀的往復運動為原理的真空泵。他又利用這台真空泵，製造出當時世界上最純的真空管，後來稱為蓋斯勒管。19世紀50年代，德國物理學家尤利烏斯·普呂克助手模板將一支空氣含量萬分之一的玻璃管兩端裝上兩根白金絲，並在兩電極之間通上高壓電，便出現了輝光放電現象。普呂克和他的學生約翰·希托夫發現，輝光是在帶負電的陰極附近出現的。1858年，普呂克報告了這一現象，並且提出富蘭克林的猜測是錯誤的——即電荷是從陰極發射到陽極而不是相反。可是那輝光的本質到底是不是電流，普呂克還不能確定，他認為可能是稀薄氣體或是電極上脫落下來的金屬。 德國人尤金·高德斯坦後來將不同的氣體釋入真空管，並且用不同的金屬做電極，但都得到同樣的實驗結果。於是，他認為這種輝光與電流本身有關，並且將它命名為陰極射線。普呂克的學生希托夫繼續了老師的實驗。他將真空管做成圓球狀並且在陰極與陽極之間放置了十字形的金屬箔片，在陽極的位置果然出現了陰影，這說明從陰極確實發射出了一些東西（現在我們知道這就是電子）。他還發現即使將金屬換成透明的雲母也能產生陰影——這說明這種輝光不同於可見光。然而，要做出進一步的研究要真空度更高的真空管才行。 英國人威廉·克魯克斯在1878年利用一種水銀真空泵，製造出了氣體含量僅為蓋斯勒管1/75000的，被人們稱作克魯克斯管的真空管。克魯克斯注意到，當逐漸抽出克魯克斯管內的氣體時，陰極附近開始出現黑暗區域，隨著真空度的增加，這黑暗區域也會擴張。克魯克斯認為，這現象與陰極粒子的平均自由徑有關；黑暗區域與輝光區域的界面，即為粒子與氣體分子相互碰撞的起始面；在黑暗區域內，沒有什麼碰撞；而在輝光區域，發生了很多碰撞事件；在管面的螢光，則是因為粒子與管面發生碰撞。 克魯克斯等英國物理學家認為陰極射線並不是射線，而是一種帶電粒子。這觀點遭到了以海因里希·赫茲為首的德國物理學家的反對。赫茲的學生德國物理學家菲利普·萊納德在1889年進行了一個實驗：他在陽極安裝了薄鋁箔窗，這樣就能把陰極射線導出到空氣中。赫茲提出，陰極射線能夠穿過薄金屬箔，因此它不可能是粒子（事實上，如果金屬箔足夠薄，光線同樣也能通過）。同時，赫茲還在真空管的兩側施加了電場，結果發現並沒有觀察到預期的偏轉（赫茲的電場加得不夠大，偏轉難以觀察到，用磁場會產生更好的效果），這更加堅定了他的信念。 1895年，讓·佩蘭發現陰極射線能夠使真空管中的金屬物體帶上負電荷，支持了克魯克斯的理論。1897年，劍橋大學卡文迪許實驗室的約瑟夫·湯姆遜重做了赫茲的實驗。使用真空度更高的真空管和更強的電場，他觀察出陰極射線的偏轉，並計算出了陰極射線粒子（電子）的質量-電荷比例，因此獲得了1906年的諾貝爾物理學獎。湯姆遜採用1891年喬治·斯托尼所起的名字——電子來稱呼這種粒子。至此，電子作為人類發現的第一個亞原子粒子和打開原子世界的大門被湯姆孫發現了。
