En 1853, un desconocido científico francés llamado Masson hizo saltar una chispa eléctrica desde una bobina de inducción de alto voltaje a través de un tubo cerrado de vidrio, al cual se le había extraído el aire, y descubrió que en lugar de la típica chispa que se observa en el aire, el tubo se llenaba de una luminosidad brillante.
Algunos años más tarde, el alemán Heinrich Geissler (1814-1879), un soplador de vidrio en Tubinga, desarrolló y empezó a fabricar tubos de descarga gaseosa, similares a los modernos tubos de neón y argón utilizados en publicidad. Pronto se descubrió que la luminiscencia verde en el tubo, lograda a presiones internas muy bajas, se debía a que rayos invisibles que surgían del polo negativo (cátodo) hacían brillar al vidrio, por lo que se les llamó rayos catódicos.
En 1869, Johann Wilhem Hittorf (1824-1914) introdujo objetos en el camino de la descarga. Allí donde los rayos inciden directamente en las paredes del tubo, el vidrio adquiría un brillo verde, mientras que en donde no golpean permanecía oscuro. Observando que la sombra definía claramente el perfil del objeto seleccionado, concluyó que los rayos catódicos se mueven en línea recta (véase figura 2, p. 474).
William Crookes (1832-1919), en 1870, introdujo en el tubo un pequeño molinete movible en el camino de los rayos. Al encender el tubo, el molinete empezaba a rodar hasta llegar al otro extremo del tubo. Crookes explicó este fenómeno diciendo que son los rayos los que, al chocar con las paletas de plástico, hacían rodar al molinete. Crookes concluyó de sus observaciones que los rayos catódicos tienen cantidad de movimiento (ímpetu), lo que Newton llamaba momento, y por lo tanto tienen masa, velocidad y energía cinética (figura 3).
En 1895, Jean Baptiste Perrin (1870-1942) montó un aparato con el que logró obtener un haz fino, haciéndolo visible al permitirle chocar contra una tira metálica pintada con un pigmento fluorescente, sulfuro de zinc. Cuando colocó un imán de herradura observó que los rayos se curvaron hacia abajo (figura 4).
Al darle vuelta al imán de herradura, es decir, al cambiar su polaridad, observó que los rayos ahora se curvaban hacia arriba. Perrin notó que el comportamiento coincidía con la regla de la mano izquierda de las ya conocidas corrientes eléctricas, concluyendo que los rayos catódicos debían tener carga negativa.
