A corrente elétrica é constituída de partículas carregadas eletricamente, em geral elétrons, que se movem (dentro de um metal, por exemplo) em determinada direção. Elas saem de uma região onde existe um potencial elétrico mais elevado e se deslocam para uma região com potencial elétrico mais baixo, de maneira análoga ao que acontece com a água que flue de um tanque mais elevado para um tanque mais baixo.
Em 1869, o físico alemão Johann Hittorf mostrou que os raios que emanam do catodo (raios catódicos), dentro de um tubo de vidro com ar rarefeito, se deslocam segundo linhas retas. Em torno de 1879, o inglês William Crookes, com ampolas de vácuo aperfeiçoadas (os chamados tubos de Crookes, mostrados nestes experimentos), estuda mais detidamente os raios catódicos. Seguem-se vários anos de experimentos e discussões sobre o que seriam os raios catódicos (partículas carregadas ou ondas do tipo das eletromagnéticas), com trabalhos importantes de Hertz, Schuster, Goldstein, Stoney, Wiedemann, Lenard, Perrin e Wiechert.
Entre 1897 e 1899, o físico Joseph John Thomson faz várias medidas com estes tubos e conclui que os raios catódicos são constituídos por partículas carregadas negativamente. Usando campos elétricos e magnéticos defletores, mediu a razão carga-massa desses corpúsculos; concluiu que a massa deles é muito menor que a do átomo de hidrogênio e propôs que eles são constituintes últimos presentes em toda matéria. Estes resultados conduziram a uma aceitação geral progressiva do modelo de partículas carregadas para os raios catódicos.
O físico Heinrich Hertz observou pela primeira vez, em 1887, que a luz incidindo sobre metais facilitava a emissão de faíscas elétricas; este fenômeno passou a se chamar efeito fotoelétrico. Em 1905, Albert Einstein fez a hipótese de que a luz é constituída de pequenos pacotes de energia, os fótons. Com esta hipótese formulou um modelo que explicava o efeito fotoelétrico: os fótons incidindo sobre um metal podem fornecer energia suficiente para elétrons existentes no metal para arrancá-los dele.