1884年，英国的担任剑桥大学卡文迪什物理学教授瑞利勋爵（1904年获得诺贝尔奖）面临退休，这个席位英语世界最负盛名的科学教席之一。在他的退休记录中，他建议将一位名叫汤姆森（J.J.Thomson）的年轻人视为他对人们梦寐以求的卡文迪什实验室的接班人的意愿，汤姆森生于1856年，时年28岁。这种意愿也是前所未有的，在这个时候汤姆森还没有在物理学界建立起自己的学术权威，在这个无数人渴望的职位上，汤姆森还没有足够的影响力来担任卡尔迪什实验室的负责人。
剑桥大学与1871创办的卡文迪什物理实验室，虽然在成立十多年以后还没有到20世纪前期那样的声名显赫，却已经是英国最重要的物理研究机构。想让一位28岁的年轻人担任这个实验室的掌门人，其困难可想而知。当然，从今天来看也是一种远见，正是在JJ·汤姆森的带领下，卡文迪什实验室才成为后来世界最著名的物理研究机构，在欧洲仅有哥廷根大学的物理系能够与之比肩。这让人想到了哈佛大学在20世纪中期的时候，当时的罗尔斯并不有名，传说是这样的，时任哈佛校长和罗尔斯在校园旁边一个老旧的炉边进行了一场谈话，这个时期的罗尔斯正在苦苦思索关于正义的问题，在学术成果上产出并不是影响力巨大，在听了关于罗尔斯思考的人类的正义的问题中，这个校长应该是认为罗尔斯的理论一旦成型，必将影响整个世界，随后罗尔斯就被任命为哈佛大学大教授，享受教授中的教授的待遇。不出所望的是罗尔斯在70年代出版了著名的《正义论》，犹如在平静的政治哲学浪潮中掀起一股巨浪，这本书也成为政治学的经典著作。
在卡文迪什实验室的负责人选取中，由当时号称最优秀的科学家Lord Kelvin，George Gabriel Stokes和George Howard Darwin组成的遴选委员会最终还是选择了汤姆森作为该实验室的负责人。在用阴极射线管（1897年）进行的一系列精彩设计的实验中，汤姆森证明存在电子存在是合理的。这破坏了原子不可分割的神话，永远改变了物理学并开始了一个新的分支，现在称为亚原子物理学。他因发现电子而于1906年获得诺贝尔奖。
也是在50岁这一年，汤姆森实现一个物理学家所渴望的一切，世界上最好的物理实验室的主任，研究和工作获得了全球的认可和极高的学术声誉，更为重要的是，在其一生培养的学生中有75名学生在全球55所大学任教，27人当选皇家协会的研究院，其中7名学生是诺贝尔科学奖获得者，这一成就至今无人超越。汤姆森总是喜欢在实验室锻炼年轻人的数学和物理技能，他每天都会检查卡文迪什的年轻研究员进展情况，并且经常提出改进的建议，他个人的优秀和作为一位老师的耐心也使得能够吸引来自全球的优秀的人才，除了培养的7名学生获得诺贝尔科学奖之外，他的儿子乔治·汤姆森（George Thomson）也获得了诺贝尔物理学奖。一个实验室从未有过如此大的发现与影响，1884-1919年汤姆森领导下的卡文迪什实验室是科学界领先的物理实验室。
汤姆森最著名的学生是恩斯特·卢瑟福（Ernst Rutherford），也是卡文迪什实验室的接班人，在二战前其最著名的科学家之一。卢瑟福1871年出生于新西兰，在新西兰第二古老的大学坎特伯雷大学进行本科学习，1895年被允许到剑桥大学卡文迪什实验室学习，也是被允许在该实验室工作的第一批海外研究人员之一，这也是根据汤姆森在1885的倡议，剑桥允许没有获得剑桥大学学位的学生在卡文迪什实验室做研究。卢瑟福的汤姆森的指导之下，发现了X射线，1898年汤姆森推荐卢瑟福在麦吉尔大学担任物理系教授，继续进行放射性研究，发现了放射性元素氡，并区分并命名为α和β辐射，1907年卢瑟福回到英国曼彻斯特大学担任物理系主任，1908年获得诺贝尔化学奖，1919年成为剑桥大学卡文迪什实验室的主任，在他的领导下，詹姆斯·查德威克于1932年发现了中子，1935年获得诺贝尔物理学奖，1932年也是在其实验室，约翰科克罗夫特和欧内斯特沃尔顿完成了第一次原子的分裂，原子裂变已经从科学上宣告了原子弹的可行性，两人于1951年获得诺贝尔物理学奖。卢瑟福1937年逝世，葬于威斯敏特大教堂，汤姆森也葬于此，毗邻牛顿之墓。
第二位获得诺贝尔奖的学生是弗朗西斯·威廉·阿斯顿（Francis William Aston），阿斯顿生于1977年的伯明翰地区，1893年在梅森学院开始大学的学习，经过在名师门下学习，后来任教于伯明翰大学，他在19世纪90年代中期人们发现了X射线和放射性后开始从事物理学研究，由于杰出的表现，汤姆森邀请阿斯顿前往卡文迪什实验室，从事于阳极光线的研究，他在1919年完成了第一台质谱仪，发现了大量的同位素，于1922年获得诺贝尔化学奖。
第三位是查尔斯·汤姆逊·威尔逊（Charles Thomson Rees Wilson），1859年出生于苏格兰，他于1892年毕业于剑桥大学西得尼·萨赛克斯学院，后在剑桥大学一面做实验研究，一面当医学系的实验演示员．当时卢瑟福等一些青年科学家都是剑桥大学卡文迪许实验室的研究生，威尔逊经常和他们一起参加茶余饭后的讨论。1894年，威尔逊在英国第一高峰苏格兰的本内维斯峰的天文台度过了几个星期的时间．在那里，他看到了阳光返照云彩的奇景，使他想在实验室中再现它们，这就使他走上了发明云室（又称云雾室）的道路．汤姆逊的论文顾问JJ·汤姆森允许这种离奇的想法，同意他的研究的进行，使得他致力于云室的研究，发明了云室这种能够发现正电子的粒子的物理设置，使得他在1927年和康普顿共同分享了当年的诺贝尔物理奖。
第四位是威廉·劳伦斯·布拉格（William Lawrence Bragg），1890年出生于南澳大利亚的阿德莱德，16时开始在阿德莱德大学读大学，他的父亲威廉·亨利·布拉格（William Henry Bragg）是阿德莱德大学数学和物理资深教授，1909年进入剑桥大学三一学院，1911年毕业开始研究生学习，在和其父亲共同研究以及导师汤姆森的指导下，1912年发表了一篇具有影响力的论文，这篇论文讨论了x射线晶体分析的新技术，在3年之后的1915年威廉·劳伦斯·布拉格及其父亲共同分享了当年诺贝尔物理学奖，时年25年，也是至今为止最年轻的诺贝尔物理奖获得者，父子二人同年获得诺贝尔奖也是一种美谈。
第五位是查尔斯·格洛弗·巴克拉（Charles Glover Barkla），1877年出生于英国威德尼斯，在利物浦大学进行本科学习，1899年进入剑桥三一学院，在剑桥大学的前两年，巴克拉在汤姆森的的知道下研究不同宽度和材料的电磁波速度，后来对音乐的热爱转到了剑桥国王学院，因其在X射线光谱学和X-研究相关领域的工作，在1917年获得了诺贝尔物理学奖。
第六位是理查森（Owen Williams Richarson），1879年出生于英格兰的约克郡，在剑桥大学三一学院毕业后，在卡文迪什实验室研究热体发电，也是由于在热电子方面的研究，于1928年获得了诺贝尔物理学奖，1906-1930年普林斯顿大学任教授，1914年回到英国在伦敦大学国王学院任教直至退休。另外，他的妹夫美国物理学家戴维森（Clinton Davisson）也在1937年获得诺贝尔科学奖。
第七位是爱德华·维克多·阿普尔顿（Edward Victor Appleton），1892年出生于英格兰的约克郡，1911年前往剑桥大学圣约翰学院学习，1913年毕业，一战之后，成为卡文迪什实验室的实验助理，后来因为在大气物理中的研究，特别是发现了Appleton层，获得了1947年的诺贝尔物理学奖。
另外，JJ·汤姆森的儿子乔治·佩吉特·汤姆森（George Paget Thomson）也由于通过晶体实验发现了电子衍射，在1937年和戴维森共同获得了诺贝尔物理学奖，这位戴维森就是前文提及的理查森的妹夫，所以很多时候，看起来都是学术界都有那么一点点的关系扯得上。
这个时期的卡文迪什实验室无疑是非常成功的，最主要的原因还是在于在二战之前欧洲仍然是世界科学的中心，其中以英国和德国为代表，英国则主要聚集在几所著名的大学之中，况且在英国从带领工业革命以来，虽然世界霸主的地位受到其他国家的挑战，但在科学技术领域仍然能够保持竞争优势，这种优势的丧失只有随着二战后美国的崛起才真正成为现实。