A principal contribuição de Robert Millikan para a teoria atômica veio como resultado de seu experimento com a gota de óleo, que mediu a carga de um elétron. Anteriormente, J.J. Thomson sugeriu a hipótese de que a massa de um elétron era pelo menos 1.000 vezes menor que a massa do menor átomo. A contribuição de Millikan para essa hipótese foi especificar o tamanho da carga do elétron.
O experimento de gota de óleo de Millikan envolveu pulverizar óleo de um atomizador de perfume em uma câmara de amostra. Algumas das gotículas viajaram através de um orifício para um espaço entre duas placas, uma das quais tinha carga elétrica negativa e a outra tinha carga positiva. Esta câmara central foi então ionizada com raios-X. As partículas que não conseguiram capturar os elétrons seguiram a gravidade até a placa inferior, enquanto as partículas que conseguiram pegar pelo menos um elétron flutuaram até a placa positiva ou caíram em uma velocidade mais lenta. Millikan concluiu que cada gota tinha uma carga múltipla de 1,59 x 10 ^ (- 19) Coulombs.Mais tarde, Millikan também verificou a equação fotoelétrica de Albert Einstein e desenvolveu o primeiro cálculo fotoelétrico da constante h de Planck. Estudos posteriores envolveram espectroscopia de faísca quente de vários elementos, empurrando o espectro ultravioleta muito além do limite mais baixo conhecido e sua lei de movimento para uma partícula caindo em direção à Terra depois de vir para a atmosfera, o que levou aos seus estudos de radiação.
