Het bestaan ​​van elektronen werd voor het eerst experimenteel bewezen in 1897 door de Britse natuurkundige Joseph John Thomson (1856-1940) door middel van zijn kathodestraalexperimenten. Thomsons experimenten omvatten het leiden van een elektrische stroom door een kathodestraalbuis, een afgesloten glazen buis met twee metalen elektroden aan tegenovergestelde uiteinden. Wanneer een hoge spanning tussen de elektroden werd aangelegd, werd een straal kathodestralen uitgezonden door de negatieve elektrode (kathode) en naar de positieve elektrode (anode) getransporteerd.

Thomson voerde verschillende experimenten uit om de eigenschappen van kathodestralen te bestuderen, inclusief hun afbuiging in elektrische en magnetische velden. Hij merkte op dat kathodestralen werden afgebogen door zowel elektrische als magnetische velden, wat erop wijst dat ze uit negatief geladen deeltjes bestaan. Door de mate van afbuiging in deze velden te meten, kon Thomson vaststellen dat deze deeltjes een zeer kleine massa hadden vergeleken met atomen. Hij schatte ook de verhouding tussen de lading en de massa (e/m) van deze deeltjes.

Thomsons experimenten leverden sterk bewijs voor het bestaan ​​van subatomaire deeltjes die veel kleiner zijn dan atomen, waarvan hij voorstelde dat ze elektronen waren. Hij noemde deze deeltjes in zijn artikelen 'bloedlichaampjes', maar nam later de term 'elektronen' over, voorgesteld door zijn collega G. Johnstone Stoney. Thomsons werk op het gebied van kathodestralen en de ontdekking van elektronen legden de basis voor de studie van subatomaire deeltjes en de ontwikkeling van het vakgebied van de deeltjesfysica.