到 18 世纪，美国人本杰明·富兰克林意识到闪电与摩擦起电是相似的过程，并且生于18世纪，对电学贡献良多的富兰克林

做风筝实验证实。富兰克林认为在正常状况，每一种物质都含有固定比例的电量。假设，经过某种程序，促使物体得到更多电，则称此物体带正电；假设，经过另一种程序，促使物体失去电，则称此物体带负电。假设，这两个物体互相接触到对方，电流会从带正电物体流往带负电物体，这样，设定了电流方向（与我们今天认识到的电子流动方向正好相反）。 在黑暗中，做摩擦起电的动作，就能够看到电火花，空中的闪电也是有颜色的。可是要研究电流本身的颜色，必须有一个能够提供长时间持续平稳电流的电源。但是上述几位研究者都无法得到这电源。意大利人亚历山德罗·伏打发明的伏打电堆解决了这一问题。后来，麦可·法拉第又研究出更廉价的发电机，使得长时间维持大量电流变得更加容易。第二问题的解决则是由德国人海因里希·盖斯勒完成，这位杰出的吹管工人，做成了一台以水银的往复运动为原理的真空泵。他又利用这台真空泵，制造出当时世界上最纯的真空管，后来称为盖斯勒管。19世纪50年代，德国物理学家尤利乌斯·普吕克助手模板将一支空气含量万分之一的玻璃管两端装上两根白金丝，并在两电极之间通上高压电，便出现了辉光放电现象。普吕克和他的学生约翰·希托夫发现，辉光是在带负电的阴极附近出现的。1858年，普吕克报告了这一现象，并且提出富兰克林的猜测是错误的——即电荷是从阴极发射到阳极而不是相反。可是那辉光的本质到底是不是电流，普吕克还不能确定，他认为可能是稀薄气体或是电极上脱落下来的金属。 德国人尤金·高德斯坦后来将不同的气体释入真空管，并且用不同的金属做电极，但都得到同样的实验结果。于是，他认为这种辉光与电流本身有关，并且将它命名为阴极射线。普吕克的学生希托夫继续了老师的实验。他将真空管做成圆球状并且在阴极与阳极之间放置了十字形的金属箔片，在阳极的位置果然出现了阴影，这说明从阴极确实发射出了一些东西（现在我们知道这就是电子）。他还发现即使将金属换成透明的云母也能产生阴影——这说明这种辉光不同于可见光。然而，要做出进一步的研究要真空度更高的真空管才行。 英国人威廉·克鲁克斯在1878年利用一种水银真空泵，制造出了气体含量仅为盖斯勒管1/75000的，被人们称作克鲁克斯管的真空管。克鲁克斯注意到，当逐渐抽出克鲁克斯管内的气体时，阴极附近开始出现黑暗区域，随着真空度的增加，这黑暗区域也会扩张。克鲁克斯认为，这现象与阴极粒子的平均自由径有关；黑暗区域与辉光区域的界面，即为粒子与气体分子相互碰撞的起始面；在黑暗区域内，没有什么碰撞；而在辉光区域，发生了很多碰撞事件；在管面的萤光，则是因为粒子与管面发生碰撞。 克鲁克斯等英国物理学家认为阴极射线并不是射线，而是一种带电粒子。这观点遭到了以海因里希·赫兹为首的德国物理学家的反对。赫兹的学生德国物理学家菲利普·莱纳德在1889年进行了一个实验：他在阳极安装了薄铝箔窗，这样就能把阴极射线导出到空气中。赫兹提出，阴极射线能够穿过薄金属箔，因此它不可能是粒子（事实上，如果金属箔足够薄，光线同样也能通过）。同时，赫兹还在真空管的两侧施加了电场，结果发现并没有观察到预期的偏转（赫兹的电场加得不够大，偏转难以观察到，用磁场会产生更好的效果），这更加坚定了他的信念。 1895年，让·佩兰发现阴极射线能够使真空管中的金属物体带上负电荷，支持了克鲁克斯的理论。1897年，剑桥大学卡文迪许实验室的约瑟夫·汤姆逊重做了赫兹的实验。使用真空度更高的真空管和更强的电场，他观察出阴极射线的偏转，并计算出了阴极射线粒子（电子）的质量-电荷比例，因此获得了1906年的诺贝尔物理学奖。汤姆逊采用1891年乔治·斯托尼所起的名字——电子来称呼这种粒子。至此，电子作为人类发现的第一个亚原子粒子和打开原子世界的大门被汤姆孙发现了。