درآزمایش تامسون از اثر میدان الكتریكی و میدان مغناطیسی استفاده شده است.دستگاهی كه در این آزمایش مورد استفاده قرار گرفته است از قسمتهای زیرتشكیل شده است:

الف) اطاق یونش كه در حقیقت چشمه تهیه الكترون با سرعت معین می باشد بین كاتدو آند قرار گرفته است. در این قسمت در اثر تخلیه الكتریكی درون گاز ذراتكاتدی ( الكترون ) بوجود آمده بطرف قطب مثبت حركت می كنند و با سرعت معینیاز منفذی كه روی آند تعبیه شده گذشته وارد قسمت دوم می شود. اگر بارالكتریكی q  تحت تاثیر یك میدان الكتریكی بشدت E  قرار گیرد، نیروییكه از طرف میدان بر این بار الكتریكی وارد می شود برابر است با:      

F= q.E

 در آزمایش تامسون چون ذرات الكترون می باشند q = -e بنابراین:

F= -eE  

از طرف دیگر چون شدت میدان E  در جهت پتانسیلهای نزولی یعنی از قطب مثبت بطرف قطب منفی است بنابراین جهت نیرویF   در خلاف جهت یعنی از قطب منفی بطرف قطب مثبت می باشد. اگرx  فاصله بین آند و كاتد باشد كار نیروی F دراین فاصله برابر است با تغییرات انرژی جنبشی ذرات . از آنجاییكه كار انجامشده در این فاصله برابراست با مقدار بار ذره در اختلاف پتانسیل موجود بینكاتد وآند بنابراین خواهیم داشت

ev₀ =½m₀v²

كه در آن  v₀    اختلاف پتانسیل بین كاتد و آند e  بار الكترون  v  سرعت الكترون و  m₀  جرم آن می باشد. بدیهی است اگر v₀  زیادنباشد یعنی تا حدود هزار ولت رابطه فوق صدق می كند یعنی سرعت الكترونمقداری خواهد بود كه می توان از تغییرات جرم آن صرفنظ نمود . بنابراینسرعت الكترون در لحظه عبور از آند بسمت قسمت دوم دستگاه برابر است با:

v = √(2e v₀/ m₀)

ب) قسمت دوم دستگاه كه پرتو الكترونی با سرعت v وارد آن می شود شامل قسمتهای زیر است :

1- یك خازن مسطح كه از دو جوشن  A  وB  تشكیل شده است اختلاف پتانسیل بین دو جوشن حدود دویست تا سیصد ولت می باشد اگر پتانسیل بین دو جوشن را به v₁   و فاصله دو جوشن را به d   نمایش دهیم شدت میدان الكتریكی درون این خازن E = v₁/d   خواهد بود كه در جهت پتانسیلهای نزولی است.

2- یك آهنربا كه در دو طرف حباب شیشه ای قرار گرفته و در داخل دو جوشن خازن: یك میدان مغناطیسی با شدت B  ایجاد می نماید . آهنربا را طوری قرار دهید كه میدان مغناطیسی حاصل بر امتداد ox   امتداد سرعت - و امتداد  oy امتداد میدان الكتریكی - عمود باشد.

پ) قسمت سوم دستگاه سطح درونی آن به روی سولفید آغشته شده كه محل برخورد الكترونها را مشخص می كند.

وقتیالكترو از آند گذشت و وارد قسمت دوم شد اگر دو میدان الكتریكی و مغناطیسیتاثیر ننمایند نیرویی بر آنها وارد نمی شود لذا مسیر ذرات یعنی پرتوالكترونی مستقیم و در امتداد ox   امتداد سرعت ) خواهد بود و در مركز پرده حساس p یعنی نقطه  p₀ اثر نورانی ظاهر می سازد.

اگر بین دو جوشن خازن اختلاف پتانسیلv₁ را برقرار كنیم شدت میدان الكتریكی دارای مقدار معین E خواهد بود و نیروی وارد از طرف چنین میدانی بر الكترون برابر است با   F_E = e E  این نیرو در امتداد  oy و در خلاف جهت میدان یعنی از بالا به پایین است.

میدان مغناطیسی B  را طوری قرار می دهند كه برسرعتv   عمودباشد . الكترون در عین حال در میدان مغناطیسی هم قرار می گیرد و نیرویی ازطرف این میدان بر آن وارد می شود كه عمود بر سرعت و بر میدان خواهد بود .اگر این نیرو را بصورت حاصلضرب برداری نشان دهیم برابر است با:

F_M = q.(VXB)

در اینجا q = e    پس:

F_M = q.(VXB)

و مقدار عددی این نیرومساوی است با  F = e v B   زیرا میدان B   بر سرعت v   عمود است یعنیزاویه بین آنها 90 درجه و سینوس آن برابر واحد است. اگر میدان B     عمودبر صفحه تصویر و جهت آن بجلوی صفحه تصویر باشد امتداد و جهت نیروی F_M در  جهت  oy یعنی در خلاف جهت F_E خواهد بود. حال میدان مغناطیسی B  را طوری تنظیم می نمایند كهF_E = F_M گردد و این دو نیرو همدیگر را خنثی نمایند. این حالت وقتی دست می دهد كهاثر پرتو الكترونی روی پرده بی تغییر بماند پس در این صورت خواهیم داشت:

         F_M = F_E

        e.v.B = e E

        v = E/ B

چون مقدار E و B  معلوماست لذا از این رابطه مقدار سرعت الكترون در لحظه ورودی به خازن بدست میاید . حال كه سرعت الكترون بدست آمد میدان مغناطیسی B  را حذف می كنیم تامیدان الكتریكی به تنهای بر الكترون تاثیر نماید . از آنجاییكه در جهت ox نیرویی بر الكترون وارد نمی شود و فقط نیروی F_E  بطوردائم آنرا بطرف پایین می كشد لذا حركت الكترون در داخل خازن مشابه حركتپرتابی یك گلوله در امتداد افقی می باشد و چون سرعت الكترون را نسبتا كوچكدر نظر می گیریم معادلات حركت الكترون ( پرتو الكترونی ) در دو جهت ox و oy  معادلات دیفرانسیل بوده و عبارت خواهد بود از  

m₀(d²x /dt²)/span>=0     در امتداox 

  m₀d²y /dt²)=e. E      در امتداoy

با توجه به اینكه مبدا حركت را نقطه ورود به خازن فرض می كنیم اگر از معادلات فوق انتگرال بگیریم خواهیم داشت:

y=(1/2)(e.E)t²/m₀

x=v.t

 معادلاتفوق نشان می دهد  كه مسیر حركت یك سهمی است و مقدار انحراف پرتو الكترونیاز امتداد اولیه (ox  )  در نقطه خروج از خازن مقدار  y  در این لحظه خواهد بود . اگرطول خازن را به L  نمایش دهیم x = L    زمان لازم برای سیدن به انتهای خازن عبارت خواهد بود از t = L / v  اگر این مقدار  t  را در معادله y   قرار دهیم مقدار انحراف در لحظه خروج از خازن به دست می آید:

     Y =  ½ e( E/m₀) ( L/ v )²

     e/ m₀ = ( 2y/ E ) ( v/ L )²

كه در آن v سرعتالكترون كه قبلا بدست آمده است. L و E بترتیب طول خازن و شدت میدانالكتریكی كه هر دو معلوم است پس اگر مقدار y را اندازه بگیریم بار ویژه یاe/m₀  محاسبه می شود.

 پس از خروجالكترون از خازن دیگر هیچ نیرویی بر آن وارد نمی شود بنابراین از آن لحظهبه بعد حركت ذره مستقیم الخط خواهد بود و مسیر آن مماس بر سهمی در نقطهخروج از خازن است . اگر a  فاصله پرده از خازن یعنی D P₀ باشد می توانیم بنویسیم:

P₀P₁ = y + DP₀ tgθ

tgθعبارتست از ضریبزاویه مماس بر منحنی مسیر در نقطه خروج از خازن و بنابراین مقدار یستمعلوم پس باید با اندازه گرفتن فاصله اثر روی پرده( P₀ P₁)به مقدار y رسید و در نتیجه می توانیم e/ m₀ را محاسبه نماییم.

مقداری كه در آزمایشات اولیه بدست آمده بود 10⁸×7/1 كولن بر گرم بود مقداریكه امروزه مورد قبول است و دقیقتر از مقدار قبلی است برابر 10⁸×7589/1 كولن بر گرم است.

علاوه بر تامسون، میلیكان نیز از سال 1906 تا 1913 به مدت هفت سال با روشی متفاوت به اندازه گیری بار الكترون پرداخت.