اشعه مثبت نیز نامی است که در دنباله مطالعات مربوط به تخلیه الکتریکی در گازها به جریانی از یونهای مثبت داده شد که شبیه الکترونهای اشعه کاتدی، به خط راست ولی در جهت عکس الکترونها انتشار می‌یافت. امروزه این نوع جریانهای یونهای مثبت در فضای خالی یا تقریباً خالی را یک دسته پرتو یونی می‌نامند.

نخستین مشاهدات از اشعه مثبت (یا اشعه کانالی) توسط گلدشتاین در سال 1886 به عمل آمد. او حباب تخلیه‌ای مطابق شکل زیر ساخت که کاتد آن در وسط سوراخی به شکل کانال داشت.

وقتی حباب را به اندازه کافی تخلیه کنیم تا جایی که جریان اشعه کاتدی به سوی آند حرکت کند، مشاهده خواهد شد که اشعه‌ای نیز در جهت عکس حرکت اشعه کاتدی روانه می‌شود.

در همان آزمایشهای اولیه دیده شد که این اشعه رنگی است یعنی نور مرئی ساطع می‌کند و رنگ نور مشاهده شده بستگی به گاز درون لوله دارد و مشابه همان رنگی است که در آزمایشهای اولیه اشعه کاتدی دیده شد. (مثلاً از گاز نئون رنگ قرمز در پشت کاتد و به عبارتی در سمت راست شکل بالا، آشکار می‌گردد)

چنانچه در لوله تخلیه، گاز هیدروژن قرار دهیم، اشعه‌ای به رنگ بنفش صورتی در پشت کاتد ظاهر می‌گردد. این اشعه به وسیله یک میدان مغناطیسی خارجی منحرف می‌گردد، منتها انحراف آن عکس انحراف الکترونهاست. این مطلب می‌رساند که این اشعه از ذره‌های باردار مثبت تشکیل شده است. میزان این انحراف در میدان مغناطیسی نسبت به انحراف اشعه کاتدی کمتر است.

در نتیجه در جریان تخلیه در درون گاز همراه ذرات منفی (الکترونها)، ذرات مثبت نیز تولید می‌شوند که نوع آن به جنس گاز مربوط است. زیرا که رنگ اشعه و نیز میزان انحراف در میدان الکتریکی یا مغناطیسی، با جنس گاز تغییر می‌کرد.

الکترونهای پر انرژی که همانا اشعه کاتدیک است، از کاتد روانه آند در سمت چپ می‌شوند.

در این مسیر با اتمهای برخورد کرده، الکترون آنها را جدا می‌کند. یونهای حاصل مسیر مخالف را گرفته، از درون سوراخها به سمت راست می‌روند.

و باز هم تامسون بود که توانست نسبت بار به جرم ذرات سازنده اشعه مثبت را به دقت تعیین کند و نشان دهد که:

اولاً این اشعه از یونهای مثبت گاز درون حباب تخلیه تشکیل شده است.

ثانیاً انحرافی که در میدان الکتریکی و مغناطیسی می‌توان به این اشعه داد، تابعی است از نسبت بار به جرم آن و به این دلیل، ذرات مثبت با بار مساوی ولی جرمهای متفاوت انحرافهای متفاوتی نشان می‌دهند.

با توجه به اینکه اتم هیدروژن ساده‌ترین اتمهاست، می‌توان گفت که ذره مثبت حاصل در این مورد ساده‌ترین ذرات مثبت یا پروتون است. چون اتم هیدروژن ذره خنثی است، بنابراین پس از جدا شدن یک الکترون که بار منفی آن تقریباً کولن است، پروتون بدست می‌آید که بار مثبت آن تقریباً کولن می‌باشد.

آزمایشهای تعیین میزان انحراف ذرات مثبت هیدروژن در میدان مغناطیسی نیز می‌رساند که جرم پروتون 1837 برابر جرم الکترون بوده و به همین دلیل است که انحراف آن در میدان نامبرده خیلی کمتر است.

دستگاهی که خود تامسون برای مطالعه اشعه مثبت ساخت در شکل نشان داده شده است و آن یک لوله شیشه‌ای است که به پمپ خلأ وصل است و می‌توان تا فشار مناسبی آن را تخلیه نمود. کاتد دارای یک منفذ مرکزی است که اشعه مثبت در پشت آن (از به طرف) حرکت می‌کند و در آنجا در وسط صفحات خازن مسطح تحت تأثیر میدان الکتریکی قرار می‌گیرد. این قسمت در عین حال بین قطبهای یک آهنربا قرار گرفته که به نوبه خود میدان مغناطیسی ایجاد کرده و اشعه مثبت را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

حاصل این دو تأثیر این است که مسیری به شکل سهمی به یونهای مثبت می‌دهند، از میزان انحراف آنها بر روی پرده فلوئورسانس که در قرار داده شده، نسبت بار به جرم محاسبه شد. (کافی است معادلات حرکت تحت تأثیر نیروهای وارد از طرف دو میدان را نوشته و معادله مسیر را بدست آوریم)