La contribución principal de Robert Millikan a la teoría atómica fue el resultado de su experimento de caída de aceite, que midió la carga de un electrón. Anteriormente, J.J. Thomson había sugerido la hipótesis de que la masa de un electrón era al menos 1.000 veces menor que la masa del átomo más pequeño. La contribución de Millikan a esta hipótesis fue especificar el tamaño de la carga del electrón.
El experimento de la gota de aceite de Millikan consistió en rociar aceite de un atomizador de perfume en una cámara de muestras. Algunas de las gotitas viajaron a través de un agujero en un espacio entre dos placas, una de las cuales tenía una carga eléctrica negativa y la otra tenía una carga positiva. Esta cámara central fue luego ionizada con rayos X. Las partículas que no lograron atrapar los electrones siguieron la gravedad hasta la placa inferior, mientras que las partículas que lograron atrapar al menos un electrón flotaron hasta la placa positiva o cayeron a una velocidad más lenta. Millikan llegó a la conclusión de que cada gota tenía un cargo que era un múltiplo de 1.59 x 10 ^ (- 19) Coulombs.Más tarde, Millikan también verificó la ecuación fotoeléctrica de Albert Einstein y desarrolló el primer cálculo fotoeléctrico de la constante h de Planck. Los estudios posteriores incluyeron espectroscopía de chispa caliente de los diversos elementos, empujando el espectro ultravioleta más allá del límite más bajo conocido, y su ley de movimiento para una partícula que cae hacia la tierra después de ingresar a la atmósfera, lo que llevó a sus estudios de radiación.
