Nel 1895 vince una borsa di studio per il famoso Laboratorio Cavendish di Cambridge, diretto da J.J.Thomson, ove svolse importanti ricerche che gli meritarono, nel 1897, la cattedra di fisica all'Università di Montreal, dove iniziò lo studio della radioattività.
Nel 1907 ottenne una cattedra all'Università di Manchester; nel 1918 viene nominato "socio straniero" dell'Accademia Nazionale dei Lincei. Nel 1919 successe a Thomson nella cattedra all'Università di Cambridge e nella direzione dei Laboratori Cavendish, uno dei traguardi maggiormente ambiti nel mondo scientifico.
Fu eletto membro onorario di quasi tutte la Accademie scientifiche del mondo, ed alla sua morte fu sepolto a Westminster.

Non comprese la teoria della relatività ma sostenne Bohr nelle ricerche di fisica quantistica e con i suoi esperimenti sulle particelle a giunse al concetto di nucleo dell'atomo, chiave di volta di tutta la fisica moderna.