יחד עם תומסון, רתרפורד חקר רדיואקטיביות שנתגלה על ידי בקרל בשנת 1896. ב- 1898 הם גילו שני סוגים חדשים של קרינה רדיואקטיבית – קרינת אלפא וקרינת ביטא. שנתיים לאחר מכן גילה רתרפורד קרינה שלישית – קרינת גמא. יחד עם תלמידו הנס גייגר הוא הוכיח כי חלקי אלפא אינו אלא גרעינו של אטום הליום. גילוי זה הביא למהפכה בתפיסת מודל מבנה האטום – הוא הביא למודל הגרעיני של שאטום.

גילויו האחרון בא ב- 1917 כאשר הצליח להפציץ אטומי חנקן בחלקיקי אלפא ומצא כי אטומי החנקן התפצלו לאטומי חמצן ומימן. כך שהוא הראשון שיצר אטומים במעבדה, בכך שהצליח להפוך יסוד אחד לאחר.

http://stwww.weizmann.ac.il/ptc/scripts/paragraph/listparagraphs.asp?ArticleID=214

http://rafiki.tau.ac.il/~rabani/teaching/2002/physchem2/class1-intro.doc