Istaknuo se po otkrićima iz područja elektrovodljivosti plinova. Mjereći odnos mase i naboja čestica otkrio je da čestice u katodnim zrakama imaju i hiljadu puta manju masu od bilo kojeg poznatog atoma. Razradio je i teoriju kretanja nabijenih čestica u električnom i magnetnom polju i primijenio je za separiranje različitih vrsta čestica iz smjese plinova kod kanalnih zraka.
Dobitnik Nobelove nagrade za fiziku 1906. kao priznanja za velike zasluge u teoretskim i eksperimentalnim otkrićima o prolaženju elektriciteta kroz razrijeđene plinove. Bio je predsjednik Kraljevskog društva u Londonu od 1915. do 1920. Zanimljivo je pridodati da mu je jedini sin George također dobitnik Nobelove nagrade za fiziku 1937. za eksperimentalno otkriće difrakcije elektrona u kristalima.
