Al aplicar una diferencia de potencial muy elevada entre los electrodos, aparece una fluorescencia localizada en la zona opuesta al cátodo y que, a diferencia de lo que ocurría en los tubos de Geissler, tiene siempre color verdoso (independientemente del gas utilizado como relleno). Para explicar este fenómeno, se supuso que el cátodo emitía una radiación que, al incidir sobre el vidrio del tubo, inducía en él un brillo característico.
Si entre el cátodo y el ánodo vamos colocando distintos accesorios, podemos determinar las propiedades de estos “rayos catódicos” y llegar a la conclusión de que están formados por partículas muy ligeras y de carga eléctrica negativa. Esta fue la primera prueba empírica de la existencia de partículas elementales.