Katodestråler var første gang frembrakt i laboratorier rundt 1850, i flasker der luften var pumpet ut. Birkeland anvendte også slike flasker og brukte mye tid på dette rundt 1895. På denne tiden var det fortsatt et uavklart spørsmål om katodestrålene var elektromagnetiske bølger eller partikler. Siden elektromagnetiske bølger ikke lar seg påvirke av magnetiske eller elektriske felt, ville Birkeland studere katodestråler i magnetiske felt. Han konstaterte at katodestråler ledes mot magnetiske poler. Denne oppdagelsen ble publisert i artikler på fransk, tysk og engelsk, og ble ansett som svært viktig.