1895年，24岁的卢瑟福经过考试，获得了“大英帝国博览会奖学金”，赴英国剑桥大学卡文迪什实验室深造。在那里，他凭借敏捷的才思和不达目的不罢休的劲头，令同事们刮目相看。那时候，德国科学家伦琴发现了x射线。卢瑟福被这个课题深深地吸引了，他开始着手对射线进行实验研究。经过大量的实验，1897年，卢瑟福在物理辐射实验中发现了两条射线，并将它们命名为a射线和b射线。这是科学界的又一重大发现，也为27岁的卢瑟福赢得了很高的声誉。
1932年，卢瑟福研究小组的成员证明了中子的存在，并进行了首次成功的人工核反应，推动了现代物理学研究的发展。
几年之后，卢瑟福担任了麦克吉尔大学的物理学教授。他一边上课一边进行科学研究。他的精力总是那么充沛，而且一旦认准了目标便义无反顾的为之拼搏。为此学生们为他起了亲切的外号“鳄鱼”：因为他们觉得老师这种勇往直前的坚毅性格，很像自然界中从不回头、张开大口不断前进的鳄鱼。
