获诺贝尔奖以后，汤姆生对带正电的离了流“极隧射线”产生了兴趣，并投入了大量的精力进行试验研究。1912年，他发现氖气的离子在实验中表现出了不同的性质，汤姆生认定这是同位素在作怪，从而提出了普通元素也可能有同位素的观点。后来他的学生阿斯顿证明了这一事实。