Dalam penelitiannya tentang konduksi listrik dalam gas bertekanan rendah, ia menemukan bahwa ketika tekanan diturunkan, elektroda negatif (katoda) tampak memancarkan sinar (yang disebut "sinar katoda", yang sekarang dikenal sebagai aliran elektron bebas, dan digunakan dalam perangkat tampilan sinar katoda). Seperti yang ditunjukkan oleh contoh-contoh ini, ia adalah pelopor dalam konstruksi dan penggunaan tabung vakum untuk mempelajari fenomena fisik. Ia, sebagai konsekuensinya, adalah salah satu ilmuwan pertama yang menyelidiki apa yang sekarang disebut plasma dan mengidentifikasi sebagai keadaan keempat materi pada tahun 1879. Ia juga merancang salah satu instrumen pertama untuk mempelajari radioaktivitas nuklir, sphinthis.
spinthariscope