Han genomförde det berömda guldfolieexperimentet 1911, där han bombarderade en tunn guldfolie med alfapartiklar. Resultaten av detta experiment ledde till att han föreslog följande:
* Atomen har en tät, positivt laddad kärna i centrum. Det är här de flesta av atommassan är koncentrerad.
* elektroner kretsar i kärnan på ett molnliknande sätt. Detta innebär att de inte är i fasta banor utan snarare rör sig slumpmässigt runt kärnan.
Denna modell, känd som Rutherford -modellen , revolutionerade vår förståelse av atomen och lägger grunden för framtida atommodeller.