En un tubo de unos 20 cm de largo, se insertó una varilla en cuyo extremo había un disco de latón revestido de radio. El otro extremo del tubo estaba sellado con un delgado disco de metal y la parte externa estaba cubierta de sulfuro de cinc. El tubo se llenaba con diferentes gases.
El disco de metal detenía la mayor parte de las partículas alfa emitidas por el radio. Pero lo atravesaba cualquier partícula de alta energía formada por la acción de las partículas alfa en los átomos de gas del tubo. Cuando chocaban con la pantalla de cinc producían pequeñas chispas al liberar energía.
Cuando el tubo estaba lleno de oxígeno o de bióxido de carbono, disminuía la frecuencia de las chispas debido a que estos gases detienen las partículas alfa. Pero cuando se usaba aire aumentaban los chispazos, lo cual se atribuyó a su contenido de nitrógeno.
La hipótesis se confirmó al usar nitrógeno puro. Rutherford concluyó que las partículas alfa habían desintegrado los átomos de nitrógeno, y que se habían formado átomos de hidrógeno con carga eléctrica. Estas partículas pasaban a través del disco de metal. Las denominó protones, término derivado del griego que significa "primero".
