En aquest experiment es va col·locar una fina làmina d'or i s'hi van fer incidir partícules alfa (carregades positivament i molt denses) provinents d'una font radioactiva. S'esperava que les partícules alfa passarien sense desviar-se a través de la làmina d'or, sense impedir-ho la difusa càrrega positiva repartida pels àtoms que descrivia el model de Thomson. En canvi, algunes de les partícules alfa es desviaven molt o, fins i tot, tornaven enrere, la qual cosa era incompatible amb el model de Thomson.