Realizó el famoso experimento de lámina de oro en 1911, que demostró que:

* La mayoría de las partículas alfa pasadas directamente a través de la lámina de oro, lo que sugiere que los átomos son en su mayoría espacio vacío.

* Se desvió un pequeño número de partículas alfa en grandes ángulos, lo que indica la presencia de un núcleo denso y cargado positivamente dentro del átomo.

Este experimento llevó a Rutherford a proponer el modelo nuclear del átomo , que establece que los átomos consisten en un núcleo pequeño, denso y cargado positivamente rodeado de electrones cargados negativamente.