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Rutherford erkannte, daß radioaktive Strahlung mindestens zwei Bestandteile enthalten muß: Alphateilchen, die nur wenige hundertstel Millimeter in Aluminium eindringen, und Betateilchen, die eine etwa hundertfach stärkere Durchdringungswirkung haben.
Folgende Experimente, in denen radioaktive Strahlung elektrischen und magnetischen Feldern ausgesetzt wurde, legten eine dritte Strahlungsart offen, die Gammastrahlung; diese erwies sich im Vergleich zur Betastrahlung als erheblich durchdringender.
In einem elektrischen Feld wird die Bahn eines Betateilchens stark in Richtung des positiv geladenen Pols abgelenkt, die Bahn eines Alphateilchens wird weniger stark auf den negativen Pol hin abgelenkt, während Gammastrahlen überhaupt keine Ablenkung erfahren.
Daraus läßt sich ableiten, daß Betateilchen negativ geladen sind, Alphateilchen sind positiv geladen und im Verhältnis zur Ladung schwerer als Betateilchen, Gammastrahlen tragen keine Ladung.
Beim Zerfall von Radium entsteht Radon - diese Entdeckung war der schlüssige Beweis, daß mit dem radioaktiven Zerfall eine Veränderung der chemischen Natur des zerfallenden Elements einhergeht.
Versuche zur Ablenkung von Alphateilchen in einem elektrischen Feld zeigten, daß deren Verhältnis der elektrischen Ladung zur Masse ziemlich genau der Hälfte des Verhältnisses beim Wasserstoffion entspricht.
Physiker nahmen an, daß es sich bei diesen Teilchen um doppelt positiv geladene Heliumionen (Heliumatome, denen zwei Elektronen fehlen) handeln könnte. Die Masse eines Heliumions beträgt relativ exakt das Vierfache der Masse eines Wasserstoffions, was das Verhältnis der Ladungen zu den Massen erklärt.
Diese Annahme erwies sich als zutreffend, als Rutherford einen radioaktiven Alphastrahler unmittelbar neben ein luftleer gepumptes Gefäß aus sehr dünnem Glas stellte.
Die Alphateilchen konnten die Gefäßwand von außen her durchdringen und blieben in dessen Innerem gefangen. Nach einigen Tagen zündete Rutherford in diesem Gefäß eine Gasentladung und konnte mittels spektroskopischer Messungen die Existenz elementaren Heliumgases zweifelsfrei nachweisen.
Wenig später wurde gezeigt, daß Betateilchen Elektronen sind und Gammastrahlen elektromagnetische Wellen von gleicher Art wie Röntgenstrahlen, jedoch mit beträchtlich größerer Energie.
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