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L'esperienza di Millikan. Negli ultimi anni del 1800, il fisico inglese Joseph Thompson aveva misurato il rapporto tra la carica dell'elettrone e la sua massa. Tuttavia, rimaneva ancora da determinare l'effettiva carica degli elettroni.
Ci pensò, nel 1913, il fisico americano Robert Millikan, con un esperimento piuttosto originale che gli permise di vincere il premio Nobel per la fisica nel 1923. Analizziamo uno schema dell'apparato sperimentale utilizzato da Millikan per la misura. Tramite un condensatore a facce piane e parallele, si può generare un campo elettrico costante e uniforme, di cui è possibile variare l'intensità tramite un generatore di tensione. Dell'olio viene nebulizzato in una cella al di sopra del condensatore e da lì cade per gravità nella regione compresa tra le armature del condensatore. Quando fuoriescono dallo spruzzatore, le goccioline d'olio si elettrizzano per strofinio e quindi diventano elettricamente cariche.
Durante la loro caduta, in assenza di campo elettrico, le goccioline, a causa dell'attrito dell'aria, subiscono una forza diretta verso l'alto che si oppone alla forza peso. Di conseguenza, le goccioline raggiungono una velocità di regime costante, v1, data dalla seguente formula: dove m è la massa della gocciolina, g è l'accelerazione di gravità (pari a 9,8 metri al secondo quadrato), η è la viscosità dell'aria e r è il raggio medio della gocciolina. La velocità v1 viene misurata osservando direttamente le goccioline d'olio tramite un microscopio, che permette di misurarne il raggio, dal quale possiamo ricavare anche la massa, conoscendo il volume e la densità dell'olio.
Chiudendo il circuito nel condensatore, si genera un campo elettrico che determina una forza diretta verso l'alto su tutte le goccioline ionizzate negativamente. Queste raggiungono una nuova velocità di regime, v2, data dall'azione congiunta della forza elettrica (prodotto della carica q della gocciolina per il campo elettrico) e la forza di gravità e la forza di attrito viscoso dell'aria. Tale velocità v2 può essere a sua volta misurata.
Note le due velocità, v1 (in assenza di campo elettrico) e v2 (con un campo elettrico), l'unica variabile ignota rimane la carica trasportata da ciascuna goccia d'olio, la quale quindi può essere determinata con buona precisione tramite la seguente formula. Riportando molte volte l'esperimento, Millikan ottenne che tutti i valori misurati erano multipli interi di una carica elettrica pari a 1,5924 per dieci alla meno 19 Coulomb, valore molto vicino alla carica dell'elettrone, assunta oggi uguale a 1,6022 per dieci alla meno 19 Coulomb.