Il participe à la création de la physique nucléaire. En se basant sur les travaux de
Henri Becquerel, il découvre deux types de
radioactivité qu'il nomme émission alpha et émission béta. Il identifie la première
à un noyau d'hélium et la seconde à un faisceau d'électrons (viendront s'ajouter en
suite les émissions b+ et g).
Il réussit avec H.Geiger à déterminer l'énergie libérée au cours des processus
radioactifs. Leurs travaux les amènent à supposer l'existence d'un noyau atomique (1911).
Rutherford fut aussi le premier à créer une transmutation artificielle (celle de l'azote
en oxygène par bombardement, travaux poursuivis avec J.Chadwick).