रदरफोर्ड अपने गुरू द्वारा प्रस्तावित परमाणु मॉडल के पक्ष में ठोस सबूत जुटाना चाहते थे। उसके लिए उन्होंने गीगर तथा मार्डसन के सहयोग से एक प्रयोग करने का निश्चय किया। इसमें अल्फा-कणों को एक पतली स्वर्ण-पन्नी की ओर आपतित किया गया तथा उससे प्रकिर्णित होने वाले प्रकीर्णन अल्फा-कणों का अध्ययन किया गया। उन्होंने देखा कि अपेक्षानुसार इनमें से अधिकतर अल्फा-कण तो बिना किसी विचलन के पन्नी की दूसरी तरफ पहुँच गये लेकिन वे यह देख कर हैरान रह गये कि कुछ अल्फा-कणों का विचलन इतना अधिक हुआ कि वे पलट कर पन्नी की दूसरी तरफ पहुँचने की बजाय वापस लौट आये। ये परिणाम टॉमसन द्वारा प्रस्तावित मॉडल से मेल नहीं खाते थे। रदरफोर्ड सोचने लगे कि इतना अधिक विचलन तभी मिल सकता है जबकि धन आवेशित भाग फैले होने की बजाय किसी स्थान पर केन्द्रित रहे। इस तरह बहुत सोच-विचार के पश्चात् रदरफोर्ड ने टॉमसन-मॉडल के स्थान पर एक नये परमाणु-मॉडल को प्रस्तुत किया।