Existensen av elektroner bevisades först experimentellt 1897 av den brittiske fysikern Joseph John Thomson (1856-1940) genom sina katodstråleexperiment. Thomsons experiment involverade att leda en elektrisk ström genom ett katodstrålerör, ett förseglat glasrör med två metallelektroder i motsatta ändar. När en hög spänning applicerades mellan elektroderna sändes en stråle av katodstrålar ut från den negativa elektroden (katoden) och färdades mot den positiva elektroden (anoden).

Thomson genomförde olika experiment för att studera egenskaperna hos katodstrålar, inklusive deras avböjning i elektriska och magnetiska fält. Han observerade att katodstrålar avböjdes av både elektriska och magnetiska fält, vilket indikerar att de var sammansatta av negativt laddade partiklar. Genom att mäta mängden avböjning i dessa fält kunde Thomson fastställa att dessa partiklar hade en mycket liten massa jämfört med atomer. Han uppskattade också förhållandet mellan laddningen och massan (e/m) av dessa partiklar.

Thomsons experiment gav starka bevis för förekomsten av subatomära partiklar mycket mindre än atomer, som han föreslog skulle vara elektroner. Han hänvisade till dessa partiklar som "korpuskler" i sina tidningar men antog senare termen "elektroner" som föreslagits av hans kollega G. Johnstone Stoney. Thomsons arbete med katodstrålar och upptäckten av elektroner lade grunden för studiet av subatomära partiklar och utvecklingen av området partikelfysik.