1897年，J•J•湯姆孫發現了電子的存在，電子是帶負電的粒子。但是，電子的電荷量到底是多少，當時並不清楚。1906年，湯姆孫又利用質譜儀確定了電子的荷質比，證實電子荷質比是唯一值，即它是一種特定的粒子。

美國的密立根注意到了湯姆孫的論文，但在他重複湯姆孫的實驗時候發現，實驗結果存在許多不確定性。為了精確測量電子的電荷量，密立根設計了油滴實驗。在兩個平行金屬板中噴入油滴，並用顯微鏡觀測其運動軌跡，在金屬板和油滴都不帶電的情況下，測量油滴下落時間，從而推算出油滴的質量。然後透過X射線照射讓油滴帶電，並在兩塊金屬板間加上電壓，這樣帶電的油滴將會受到靜電力和重力相互平衡，由庫侖定律知道靜電力和電荷量成正比，因此油滴的電荷量就可以透過其重力推算出來。完成這個實驗難度非常大，因為觀測一個油滴就要在顯微鏡下看幾個小時，而密立根總共做了幾千次測量，得到了大量實驗資料。從海量資料中，密立根總結出一個規律——所有油滴帶電量都是某一個數值的整數倍，這就是電子電荷的數值——元電荷，又叫基本電荷。或者說一個電子帶電的電量就是一個單位的負電荷。基本電荷的發現，確立了電子在物理學史上的地位，為科學理論提供了一個基本常數，也敲開了基本粒子世界的大門。

密立根的油滴實驗開創了物理學中用大量實驗資料統計來總結基本物理常數的新方法。不過後來人們研究他的實驗記錄發現，在海量資料中，他還是有目的性地剔除了相當多的一部分“不合理”的資料。雖然實驗設計非常巧妙，但是如此簡單剔除“壞”資料並不是十分科學的做法。幸運的是，後來更多精確的實驗說明，他得到的結果還是準確的。後來用類似的方式，測定了量子力學基本常數——普朗克常數值以及夸克的電荷量等關鍵物理引數。1923年，密立根被授予諾貝爾物理學獎。