探试的第一步就是抓住镭放射出的射线，看它到底是些什么东西，然后就可以顺藤摸瓜追踪原子内的秘密。卢瑟福天生是个实验好手，他立即设计了一个实验，用一个铅块，钻上小孔，孔内放一点儿镭。这样射线只能从这个小孔里发出，然后将射线放在一个磁场里。奇怪的现象出现了：一束射线立即分成三股，有一股靠近N极偏转，有一股靠近S极偏转，还有一股不偏不倚一直向前。卢瑟福一一给它们起了名字，分别叫α、β和γ射线。又经过测定，发现β射线原来和阴极射线一样，就是汤姆孙证明的电子流。不过阴极射线是在真空放电时从阴极表面发射出来的，电子速度小，只有光速的百分之几，β射线是原子内部发出的，速度可达光速的30%～99%，就是说每秒最少9万千米。它速度快，穿透力就强，在空气中可走几十米远，碰到几毫米厚的铝片也能穿过，难怪当年贝克勒尔无论把底片藏在何处都要漏光，正是它在作怪。
α射线和β射线相反，粒子带的是正电荷，质量大，为4个原子质量单位，速度小，只有光速的1/10，又慢又笨，穿透能力弱。一张薄薄的铝箔，一层裹底片的黑纸，甚至人体皮肤的角质层，都能将它挡住。
γ射线不带电荷，非正非负，处于正中，不受磁场的影响而偏转，它是X射线，不过比X射线的波长还要短，还不到一百亿分之一厘米。
好个卢瑟福，真是出手不凡，19世纪最后十年的三大发现在他这一个实验里全部得到解释。老师汤姆孙发现的电子流就是他左手中的β射线，伦琴的X光就是他右手中的γ射线，而贝克勒尔、居里夫妇千辛万苦发现的放射性却不过是α、β、γ这三个希腊字母。镭为什么会发光发热，原来它在自己放出能量做功呢。当然这里还有许多问题有待探寻，但这些发现足可以叫他和他的同事们狂喜一番了。
却说卢瑟福将这些新发现兴冲冲地去向汤姆孙汇报，汤姆孙自然高兴。但是他听完汇报后却露出一种怅惘之情，卢瑟福有所察觉便恭敬地问道：“老师有什么事要吩咐吗？”
“是的，正有一件大事要与你商量。最近加拿大麦克吉耳大学物理系教授应聘到伦敦担任教职，为了挑选一个他的继任者，加拿大方面特意派了代表来剑桥商谈此事。我考虑再三，恐怕你是一个最合适的人选。”
“老师，我是远涉重洋来向您学习的，现在还没有学到多少东西怎能离去？”
“不，你现在已完全能独立开展研究了。像你这样的人才总给我做助手反而压抑了你的才华，你应该有自己的学生，自己的助手，自己的实验室，放开手脚大干一番了。再者你离开新西兰时就已订婚，也早该成家了，经济收入也不能不考虑，那边年薪丰厚，是一笔可观的收入。上任之后你就可以接来家眷，一心研究了。”
“不过，我今年才29岁，我怕自己太年轻，做一个高等学府的教授，人家不一定看得起。”
“不，年龄是次要的，主要的是你有没有挑重担的勇气。我接替瑞利先生任这个卡文迪许实验室主任时，比你现在的年龄还小一岁呢。这正是干事业、闯禁区的最好年龄，你绝不可随俗沉浮浪费了自己的才华。机遇本就不可多得，得到机遇而又失去更会终生遗憾。况且你现在的名声已足可以和那些四五十岁的教授相匹敌了，希望你勇敢地去上任吧。我这里已写好一封推荐信，他们会尊重你的。”
卢瑟福接过信一看，上面写道：“在独创性的科学研究中，我从未见过有比卢瑟福先生更加热情和干练有为的学生。
我认为，不论哪个大学，若能请到卢瑟福先生去担任物理教授，将是十分幸运的。”
卢瑟福听了老师这番话，又看了这封信，十分激动。他感谢汤姆孙的知遇之恩，便问临行前老师还有什么指点。
汤姆孙说：“你这一去要当老师了，但要注意向学生学习，敢向自己的学生学习的人永不会骄傲。你要主持一个实验室了，要选好助手，红花要绿叶不只为了陪衬，还要向他们吸取养分，要能在自己周围团结起一批人。”