1897 yılında İngiliz bilim adamı J. J. Thomson bir atomun daha küçük parçalardan oluştuğunun ipuçlarını verdi. Thomson üzerinde çalıştığı deneyler ve gözlemler sonucunda atomların eksi yüklü elektronları ve bunları dengeleyecek artı yüklü tanecikleri içerdiği sonucuna vardı.Thomson’un buna uygun olarak geliştirdiği atom modeli üzümlü keke benzer: Üzümlü kekin keki oluşturan malzemesi artı yükü üzümleri de eksi yüklü elektronları temsil eder. Yanlış ve eksik olan bu model daha sonra Rutherford Bohr ve diğerlerince değiştirilmiş; kuvantum mekaniğinin gelişimiyle de bugünkü hâlini almıştır.
Thomson değişik gazlarda yapmış olduğu deneylerle her atomun elektron yükünün kütlesine oranını hesaplayarak elektronu keşfetmiştir. Elektron veren atomun artı (+ pozitif) yüklü olacağını ispatlamış atom içerisinde proton ve elektronun homojen olarak dağıldığını tanımlamıştır Bu yüzden bu modele üzümlü kek modeli de denilmektedir. Rutherford Atom Modeli ile proton ve elektronun homojen dağıldığı ilkesi çürütülmüştür:

Havası alınmış tüplerin iki ucuna yerleştirilen elektrotlara (katot ve anot) yüksek gerilim uygulandığında katottan anoda doğru ışınların yayıldığını ve bu ışınların manyetik alanda da pozitif kutbun etkisiyle sapmaya uğradığını tespit etmiştir. Katot ışınları adı verilen bu ışınlar negatif elektrikle yüklüydü.Thomson bu ışınların sapmalarından yararlanarak yük/kütle oranlarını hesapladı. Bu oran iyonların ölçülen yük/kütle oranlarına göre çok büyüktü.Bu sonuca göre katot ışını birimleri

yüklü çok küçük kütleli atom içi parçacıklardı. Atomda negatif (-) yüklü parçacıklar olduğuna göre pozitif (+) yüklü parçacıklarda yani protonlarda olmalıydı.

Thomson elektrik deşarj tüpleriyle yaptığı çalışmaların sonucunda maddenin yapısında elektrikle yüklü taneciklerin varlığını saptamıştır. Yaptığı deneylerde tüm maddelerde negatif (-) yüklü taneciklerin (elektronların) varlığını gözlemiştir. Maddenin nötr yapıda olmasından dolayı (-) yüklü taneciklere eşit sayıda (+) yüklü taneciklerin de olması gerektiğini ileri sürmüştür. Atomun yapısında (+) ve (-) yüklü taneciklerin yani proton ve elektronun bulunduğunu belirten ilk modeldir.
Thomson atom modelinin varsayımları şunlardır:

1. Atomlar küre biçimli olup yapı çapları yaklaşık 10-10 m dir.
2. Atomlar elektriksel olarak nötrdür. Yani atomdaki proton ve elektron sayıları birbirine eşittir.
3. Elektronlar atom içinde homojen olarak dağılmıştır.
4. Elektronların kütlesi protonların kütlesine göre çok küçüktür. Bu nedenle atom kütlesinin büyük çoğunluğunu protonlar oluşturur.

Elektronun Keşfi
Maddenin yapısına ilk olarak modern yaklaşım Thomson’un katot ışınlarını inceleyerek elektronun keşfi ile başlar. Thomson : elektriksel gerilim uygulanan katot ışınları tüpünde katot ışınların negatif kutup tarafından itildiğini pozitif kutba doğru çekildiğini tespit etti.
Aynı cins elektrik yüklerinin bir birini itmesi ve farklı yük elektrik yüklerinin birbirini çekmesi nedeniyle Thomson katot ışınlarının negatif elektrik yüklerinden olduğu sonucu çıkardı.
Thomson deneyinde katot için farklı madde kullandığında ve deney tüpünün farklı gazla doldurulduğunda da katot ışınlarının aynı davranışta bulunduğunu gördü. Böylece elektronun maddenin cinsinin karakteristik bir özelliği olmadığını bütün atom cinsleri için elektronun her birinin aynı olduğunu neticesini ortaya koydu.Elektron negatif yüklü olduğundan elektriksel alanda pozitif kutba doğru saparlar. Elektriksel alandaki bu sapmalar taneciğin yükü (e)ile doğru kütlesi(m) ile ters orantılıdır. Yükün kütleye oranı (e/m) bir elektrik alanı içinde elektronların doğrusal yoldan ne kadar sapacağını gösterir.

Protonun Keşfi
Katot tüpleriyle elektron elde edildiği gibi elektrik deşarj (boşalma ) tüpleri ile de pozitif iyonlar elde edilir. Bu tüplerde uygulanan yüksek gerilim sonucunda atomdan elektronlar koparılarak pozitif iyonlar oluşturulur. Oluşan bu pozitif iyonlar bir elektriksel alanda elektronun ters yönünde hareket ederek negatif elektrota (katota) doğru ilerler. Bu iyonların büyük bir kısmı hareketleri sırasında ortamdaki elektronlara çarparak nötral atomlar oluştururlar. Çok az bir kısmı ise yollarına devam ederek katota erişirler. Eğer ortası delikli bir katot kullanılırsa pozitif parçacıklar delikten geçerler. Bu ışınlara pozitif iyonlar yada kanal ışınları denir.
Pozitif iyonlar için e/m nin saptanmasında katot ışınlarının incelenmesinde kullanılan yöntemin hemen hemen aynısı kullanıldı. Katot ışınlarında katot maddesi ne olursa olsun elde edilen ışınların e/m oranı hep aynı bulunmuştu. Oysa pozitif ışınlarda elde edilen e/m oranı tüpteki gazın oranına göre farklı olduğu bulundu.