實驗的最初目的是打算精確地測出α粒子的荷質比，只需要知道他的鈾樣品放射出多少α粒子，之後測量總電量，再除以粒子數就行了.
α粒子非常小，用顯微鏡看不到，但是盧瑟福知道它們能電離空氣分子，因此如果將空氣隔絕在電場中，離子就會產生電流.根據這個原理，盧瑟福和蓋革設計了一個裝在玻璃管中，由兩個電極組成的簡單的計數裝置.每一個透過玻璃管的α粒子都會產生一個可以數的電脈衝，這就是蓋革計數器的早期版本.
蓋革和盧瑟福設計的計數器被證明並不可靠，因為α粒子與空氣分子在探測腔內碰撞時會被強烈地偏轉.變化多端的軌跡意味著每一個α粒子並不都產生同樣數量的電離離子，因此讀出的資料不正確.這個問題令盧瑟福十分困惑，因為他曾經以為α粒子非常重以至於不可能被撞出那麼大的偏轉，於是盧瑟福讓蓋革實驗一下，看看有多少物質會散射α射線.
α粒子散射的實驗完成於1909年.在那時代，原子被認為類比於梅子布丁（物理學家約瑟夫·湯姆孫提出的），負電荷（梅子）分散於正電荷的圓球（布丁）.假若這梅子布丁模型是正確的，由於正電荷完全散開，而不是集中於一個原子核，庫侖位勢的變化不會很大，透過這位勢的α粒子，其移動方向應該只會有小角度偏差.
他們設計的實驗包括用α粒子轟擊金屬薄片，來觀察薄片的厚度和材料與散射α粒子的關係，他們用熒光屏測量粒子的軌跡，每一個α粒子對熒光屏的衝擊都會產生一個非常微小的閃光.蓋革在一個暗室工作了好幾個小時，用顯微鏡計數這些火花.盧瑟福缺乏這種忍耐力，這就是為什麼要他的年輕同事來做的原因.他們使用了很多金屬薄片，但是比較喜歡金箔，因為金箔的延展性使得可以製作得非常薄，而且使用放射性比鈾強幾百萬倍的鐳.
在盧瑟福的指導下，蓋革和馬士登發射α粒子束來轟擊非常薄、只有幾個原子厚度的金箔紙.然而，他們得到的實驗結果非常詭異，大約每8000個α粒子，就有一個粒子的移動方向會有很大角度的偏差（甚至超過 90°）；而其它粒子都直直地透過金箔紙，偏差幾乎在2°到3°以內，甚至幾乎沒有偏差.從這結果，盧瑟福斷定，大多數的質量和正電荷，都集中於一個很小的區域（這個區域後來被稱作“原子核”）；電子則包圍在區域的外面.當一個（正價）α粒子移動到非常接近原子核，它會被很強烈的排斥，以大角度反彈.原子核的小尺寸解釋了為什麼只有極少數的阿爾法粒子被這樣排斥.
在1910—1911的冬天，盧瑟福思考出了一個原子具有帶電的中心的原子模型的基本看法，就像蓋革和馬斯登在他們1909年的文章中指出的那樣：
如果考慮到α粒子的質量和較大的速度，那麼在實驗中顯示出來的某些α粒子被 cm厚的金箔偏轉90°甚至更大角度就顯得非常令人吃驚.用磁場達到相同的效果的話，需要109絕對單位（absolute units）的巨大磁場.
在1911年5月的論文中，盧瑟福總結到，讓一個大質量帶電粒子的軌跡產生如此大的偏轉，只有一種可能，那就是金原子的大部分質量和電荷量都集中在非常小的中心位置.注意：此時盧瑟福並未稱其為原子核（nucleus）.
實際上，盧瑟福在得出這個中心帶電的結論時非常謹慎：一個很簡單的計算顯示，原子必須位於一個非常強的電場中，使得在對碰時可以產生如此大的偏轉.他非常迅速和粗糙地想出，如果這個中心帶電的原子模型正確的話，幾個定量關係必須是真的：1.某個角度散射的α粒子數量與金箔的厚度成正比.2.數量與中心電量的平方成正比.3.數量與α粒子的速度的四次方成反比.這3個關係導致了1年後蓋革與馬斯登的實驗.
盧瑟福考慮到帶電中心帶負電的可能性.今天聽起來奇怪，那麼是什麼使得這個看法合理呢？首先，這個與湯姆孫的模型不是非常不同.其次，因為盧瑟福知α粒子帶2個單位的正電荷，他認為這可能像太陽吸引靠近它的彗星.就像彈弓的皮帶將α粒子甩出去後又拉回原來的方向.他也考慮到了日本物理學家Hantaro Nagaoka (1865–1950)提出的一個幾乎被忘記的模型——土星模型.Nagaoka 和盧瑟福在1910到1911年之間有聯絡，盧瑟福提到了“一個具有吸引力的中心質量被旋轉的電子包圍”的Nagaoka模型.在這篇重要的論文中，盧瑟福最終申明，無論原子是圓盤的還是球型的，無論中心帶正電還是負電，都不影響計算結果.盧瑟福一直非常小心地不去聲稱那些他的計算不支援的結果.
盧瑟福確實看到了中心帶電原子模型的特徵的可能的測試.一個帶正電荷和負電荷的中心對β粒子的吸收應該是不同的，他說.一個帶正電荷的中心可以解釋α粒子從放射性物質中以很高的速度放射出來.但是這只是暗示.
蓋革和馬斯登的確系統性地做過盧瑟福提出的中心模型的假設的各種可以測試的應用.第一次世界大戰完全擾亂了盧瑟福在曼切斯特的工作，盧瑟福的團隊成員中，波爾返回丹麥，馬斯登接受了紐西蘭的教授職位，莫斯利死於加里波底的戰役，戰爭開始時和蓋革在德國技術大學工作的查德威克，因戰爭俘虜被關押在Ruhleben集中營.其他學生也參戰去了，盧瑟福也去研究反潛技術.
由於這些的干擾，盧瑟福和他的實驗室管家威廉凱1917年才開始用α粒子穿過氫氣，氮氣和其他氣體，第一次世界大戰結束時，馬斯登短暫地幫助觀察令人乏味的閃爍，這種閃爍提供了通向原子核的線索.盧瑟福在1919年報告了這些試探性的實驗.盧瑟福將放射源鐳214放在一個可封閉的銅容器內，從而可以根據需要改變位置，抽空或引入不同氣體，α粒子穿過容器內部並透過一個用銀板或者他物質蓋著的狹縫，轟擊一個硫化鋅螢幕，在暗室裡可以看到螢幕上有閃光.當放入氫氣後，非常小心地使α粒子在轟擊螢幕前使其完全吸收，但是依然可以看到螢幕上的閃光，盧瑟福認為，當α粒子透過氫氣時，偶然地與氫原子和發生了碰撞.這使得氫原子飛速地向α粒子原來運動的方向運動.
在這些實驗中，盧瑟福有幾個疑問，主要是關於原子核的特徵.他叫他的同事Darwin根據原子核間的彈性碰撞的簡單原理，利用平方反比的排斥力，分析α粒子與電子（或與電子電量相同、電性相反的粒子）以及和氫原子核的碰撞. Darwin發現所有與氫原子接近到 cm以內時都能讓氫原子加速沿著α粒子運動的方向前進而在螢幕上產生閃光，然而，這個簡單的原理還預測，只有非常少的，比觀測到的還少的氫原子會被加速碰撞到螢幕上.
像這樣的實驗一直包含著一些“如果我們這樣做會發生什麼”的問題，然而盧瑟福的腦海裡有幾個清晰的問題和目標.1919-1920年，盧瑟福和chadwick很快發現當α粒子轟擊氮和其它輕元素時，靶子會快速飛出emitted一個單位正電荷的粒子，當靶子是氮，氧，鋁和其它輕元素時都這樣.當高速運動的粒子在黑暗的room中轟擊zinc-sulfide螢幕時，他們看到了火花，光的閃爍，很明顯，這種微粒十分普遍而應該有一個名字，他們稱之為proton.
盧瑟福推斷說，當氮捕獲α粒子並釋放一個質子後，原子核就有8個單位正電荷而不是7個單位正電荷了，也就是成了氧.
原子是由帶正電荷的原子核和圍繞原子核運轉的帶負電荷的電子構成.原子的質量幾乎全部集中在原子核上.起初，人們認為原子核的質量（按照盧瑟福和玻爾的原子模型理論）應該等於它含有的帶正電荷的質子數.可是，一些科學家在研究中發現，原子核的正電荷數與它的質量居然不相等！也就是說，原子核除去含有帶正電荷的質子外，還應該含有其他的粒子.那麼，那種“其他的粒子”是什麼呢？是中子.
實驗的最初目的是打算精確地測出α粒子的荷質比，只需要知道他的鈾樣品放射出多少α粒子，之後測量總電量，再除以粒子數就行了.
α粒子非常小，用顯微鏡看不到，但是盧瑟福知道它們能電離空氣分子，因此如果將空氣隔絕在電場中，離子就會產生電流.根據這個原理，盧瑟福和蓋革設計了一個裝在玻璃管中，由兩個電極組成的簡單的計數裝置.每一個透過玻璃管的α粒子都會產生一個可以數的電脈衝，這就是蓋革計數器的早期版本.
蓋革和盧瑟福設計的計數器被證明並不可靠，因為α粒子與空氣分子在探測腔內碰撞時會被強烈地偏轉.變化多端的軌跡意味著每一個α粒子並不都產生同樣數量的電離離子，因此讀出的資料不正確.這個問題令盧瑟福十分困惑，因為他曾經以為α粒子非常重以至於不可能被撞出那麼大的偏轉，於是盧瑟福讓蓋革實驗一下，看看有多少物質會散射α射線.
α粒子散射的實驗完成於1909年.在那時代，原子被認為類比於梅子布丁（物理學家約瑟夫·湯姆孫提出的），負電荷（梅子）分散於正電荷的圓球（布丁）.假若這梅子布丁模型是正確的，由於正電荷完全散開，而不是集中於一個原子核，庫侖位勢的變化不會很大，透過這位勢的α粒子，其移動方向應該只會有小角度偏差.
他們設計的實驗包括用α粒子轟擊金屬薄片，來觀察薄片的厚度和材料與散射α粒子的關係，他們用熒光屏測量粒子的軌跡，每一個α粒子對熒光屏的衝擊都會產生一個非常微小的閃光.蓋革在一個暗室工作了好幾個小時，用顯微鏡計數這些火花.盧瑟福缺乏這種忍耐力，這就是為什麼要他的年輕同事來做的原因.他們使用了很多金屬薄片，但是比較喜歡金箔，因為金箔的延展性使得可以製作得非常薄，而且使用放射性比鈾強幾百萬倍的鐳.
在盧瑟福的指導下，蓋革和馬士登發射α粒子束來轟擊非常薄、只有幾個原子厚度的金箔紙.然而，他們得到的實驗結果非常詭異，大約每8000個α粒子，就有一個粒子的移動方向會有很大角度的偏差（甚至超過 90°）；而其它粒子都直直地透過金箔紙，偏差幾乎在2°到3°以內，甚至幾乎沒有偏差.從這結果，盧瑟福斷定，大多數的質量和正電荷，都集中於一個很小的區域（這個區域後來被稱作“原子核”）；電子則包圍在區域的外面.當一個（正價）α粒子移動到非常接近原子核，它會被很強烈的排斥，以大角度反彈.原子核的小尺寸解釋了為什麼只有極少數的阿爾法粒子被這樣排斥.
在1910—1911的冬天，盧瑟福思考出了一個原子具有帶電的中心的原子模型的基本看法，就像蓋革和馬斯登在他們1909年的文章中指出的那樣：
如果考慮到α粒子的質量和較大的速度，那麼在實驗中顯示出來的某些α粒子被 cm厚的金箔偏轉90°甚至更大角度就顯得非常令人吃驚.用磁場達到相同的效果的話，需要109絕對單位（absolute units）的巨大磁場.
在1911年5月的論文中，盧瑟福總結到，讓一個大質量帶電粒子的軌跡產生如此大的偏轉，只有一種可能，那就是金原子的大部分質量和電荷量都集中在非常小的中心位置.注意：此時盧瑟福並未稱其為原子核（nucleus）.
實際上，盧瑟福在得出這個中心帶電的結論時非常謹慎：一個很簡單的計算顯示，原子必須位於一個非常強的電場中，使得在對碰時可以產生如此大的偏轉.他非常迅速和粗糙地想出，如果這個中心帶電的原子模型正確的話，幾個定量關係必須是真的：1.某個角度散射的α粒子數量與金箔的厚度成正比.2.數量與中心電量的平方成正比.3.數量與α粒子的速度的四次方成反比.這3個關係導致了1年後蓋革與馬斯登的實驗.
盧瑟福考慮到帶電中心帶負電的可能性.今天聽起來奇怪，那麼是什麼使得這個看法合理呢？首先，這個與湯姆孫的模型不是非常不同.其次，因為盧瑟福知α粒子帶2個單位的正電荷，他認為這可能像太陽吸引靠近它的彗星.就像彈弓的皮帶將α粒子甩出去後又拉回原來的方向.他也考慮到了日本物理學家Hantaro Nagaoka (1865–1950)提出的一個幾乎被忘記的模型——土星模型.Nagaoka 和盧瑟福在1910到1911年之間有聯絡，盧瑟福提到了“一個具有吸引力的中心質量被旋轉的電子包圍”的Nagaoka模型.在這篇重要的論文中，盧瑟福最終申明，無論原子是圓盤的還是球型的，無論中心帶正電還是負電，都不影響計算結果.盧瑟福一直非常小心地不去聲稱那些他的計算不支援的結果.
盧瑟福確實看到了中心帶電原子模型的特徵的可能的測試.一個帶正電荷和負電荷的中心對β粒子的吸收應該是不同的，他說.一個帶正電荷的中心可以解釋α粒子從放射性物質中以很高的速度放射出來.但是這只是暗示.
蓋革和馬斯登的確系統性地做過盧瑟福提出的中心模型的假設的各種可以測試的應用.第一次世界大戰完全擾亂了盧瑟福在曼切斯特的工作，盧瑟福的團隊成員中，波爾返回丹麥，馬斯登接受了紐西蘭的教授職位，莫斯利死於加里波底的戰役，戰爭開始時和蓋革在德國技術大學工作的查德威克，因戰爭俘虜被關押在Ruhleben集中營.其他學生也參戰去了，盧瑟福也去研究反潛技術.
由於這些的干擾，盧瑟福和他的實驗室管家威廉凱1917年才開始用α粒子穿過氫氣，氮氣和其他氣體，第一次世界大戰結束時，馬斯登短暫地幫助觀察令人乏味的閃爍，這種閃爍提供了通向原子核的線索.盧瑟福在1919年報告了這些試探性的實驗.盧瑟福將放射源鐳214放在一個可封閉的銅容器內，從而可以根據需要改變位置，抽空或引入不同氣體，α粒子穿過容器內部並透過一個用銀板或者他物質蓋著的狹縫，轟擊一個硫化鋅螢幕，在暗室裡可以看到螢幕上有閃光.當放入氫氣後，非常小心地使α粒子在轟擊螢幕前使其完全吸收，但是依然可以看到螢幕上的閃光，盧瑟福認為，當α粒子透過氫氣時，偶然地與氫原子和發生了碰撞.這使得氫原子飛速地向α粒子原來運動的方向運動.
在這些實驗中，盧瑟福有幾個疑問，主要是關於原子核的特徵.他叫他的同事Darwin根據原子核間的彈性碰撞的簡單原理，利用平方反比的排斥力，分析α粒子與電子（或與電子電量相同、電性相反的粒子）以及和氫原子核的碰撞. Darwin發現所有與氫原子接近到 cm以內時都能讓氫原子加速沿著α粒子運動的方向前進而在螢幕上產生閃光，然而，這個簡單的原理還預測，只有非常少的，比觀測到的還少的氫原子會被加速碰撞到螢幕上.
像這樣的實驗一直包含著一些“如果我們這樣做會發生什麼”的問題，然而盧瑟福的腦海裡有幾個清晰的問題和目標.1919-1920年，盧瑟福和chadwick很快發現當α粒子轟擊氮和其它輕元素時，靶子會快速飛出emitted一個單位正電荷的粒子，當靶子是氮，氧，鋁和其它輕元素時都這樣.當高速運動的粒子在黑暗的room中轟擊zinc-sulfide螢幕時，他們看到了火花，光的閃爍，很明顯，這種微粒十分普遍而應該有一個名字，他們稱之為proton.
盧瑟福推斷說，當氮捕獲α粒子並釋放一個質子後，原子核就有8個單位正電荷而不是7個單位正電荷了，也就是成了氧.
原子是由帶正電荷的原子核和圍繞原子核運轉的帶負電荷的電子構成.原子的質量幾乎全部集中在原子核上.起初，人們認為原子核的質量（按照盧瑟福和玻爾的原子模型理論）應該等於它含有的帶正電荷的質子數.可是，一些科學家在研究中發現，原子核的正電荷數與它的質量居然不相等！也就是說，原子核除去含有帶正電荷的質子外，還應該含有其他的粒子.那麼，那種“其他的粒子”是什麼呢？是中子.