二十世纪初,实验者发现,快速移动的带电粒子会在经过的路径,使过冷却、过饱和的水蒸气凝结成小雾珠。于 1911 年,应用这理论,查尔斯·威耳逊设计出云室仪器。实验者可以用照相机拍摄快速移动电子的轨道。这是早期研究基本粒子的重要仪器。
在不同的时代,人们对电子在原子中的存在方式有过各种不同的推测。
早的原子模型是汤姆孙的梅子布丁模型。发表于 1904 年,汤姆孙认为电子在原子中均匀排列,就像带正电布丁中的带负电梅子一样。1909年,的卢瑟福散射实验彻底地推翻了这模型。 卢瑟福根据他的实验结果,于1911 年,设计出卢瑟福模型。在这模型里,原子的绝大部分质量都集中在小小的原子核中,原子的绝大部分都是真空。而电子则像行星围绕太阳运转一样围绕着原子核运转。这一模型对后世产生了巨大影响,直到现在,许多高科技组织和单位仍然使用电子围绕着原子核的原子图像来代表自己。