Cada um desses fatos levou Rutherford à conclusão de que o modelo de Thomson estava incorreto: 

Quando a alta tensão era ligada, podiam-se observar raios saindo do cátodo e indo em direção ao ânodo. Esses raios foram chamados, então, de raios catódicos.

J. J. Thomson observou que essas cargas elétricas tinham massa, pois, colocando-se uma ventoinha entre os dois eletrodos, quando os raios catódicos passavam, eles movimentavam a ventoinha. Além disso, quando se colocava um campo elétrico produzido por placas eletrizadas, esses raios sofriam um desvio e eram atraídos pelo polo positivo do campo elétrico. Isso comprovou que os raios catódicos eram um feixe de partículas negativas.

Essa não era uma propriedade somente para um tipo de gás, mas para qualquer gás que fosse usado no tubo, o resultado desse experimento era sempre o mesmo. Portanto, essas partículas negativas, que foram chamadas de elétrons, eram parte constituinte dos átomos de toda matéria, ou seja, dos átomos de qualquer elemento químico.

Com os experimentos realizados com o tubo de raios catódicos, Thomson propôs sua interpretação de como seria o átomo e sua constituição. Assim, de acordo com ele:
   1. O átomo é uma esfera, mas não maciça e indivisível como propunha o modelo de Dalton;
   2. O átomo é neutro, já que toda matéria é neutra;
   3. Como o átomo apresenta elétrons, que possuem cargas negativas, logo, deve apresentar partículas positivas para que a carga final seja nula;
   4. Os elétrons não estão fixos ou presos no átomo, podendo ser transferidos para outro átomo em determinadas condições;
   5. O átomo pode ser considerado como um fluido contínuo de cargas positivas onde estariam distribuídos os elétrons, que possuem carga negativa;
   6. Associou o seu modelo a um pudim de passas (as quais representam os elétrons);
7. Como os elétrons que estão espalhados apresentam a mesma carga, existe entre eles uma repulsão mútua, o que faz com que estejam uniformemente distribuídos na esfera.

   2. Os átomos são indivisíveis e indestrutíveis;

   3. Um elemento químico seria formado por um conjunto de átomos de mesmas massas, tamanhos e propriedades;

   4. Os átomos de diferentes elementos químicos apresentam propriedades diferentes uns dos outros;

   5. O peso relativo de dois átomos pode ser utilizado para diferenciá-los;

   6. Uma substância química composta é formada pela mesma combinação de diferentes tipos de átomos;

   7. Substâncias químicas diferentes são formadas pela combinação de átomos diferentes.
Para melhor representar a sua teoria atômica, Dalton também substituiu os antigos símbolos que eram usados pelos alquimistas para representar o que eles acreditavam ser elementos químicos (atualmente, são alguns compostos químicos) por símbolos mais apropriados.

Ele propôs uma série de círculos com linhas, pontos ou letras no meio que representassem cada elemento químico: