Na odmeranie náboja elektrónu bolo treba postaviť nový pokus. Ak by sme chceli napr. zistiť náboj elektrónu pomocou pokusov s elektrostatickým vychyľovaním, ukázalo by sa, že to nie je možné bez poznania hmotnosti elektrónu. Pokus, v ktorom hmotnosť elektrónu by nehrala úlohu zostavil Wilson a zdokonalil Millikan.

Wilson vzal platňový kondenzátor a umiestnil ho tak, aby platne boli vodorovné. Ku kondenzátoru pripojil regulovateľný zdroj vysokého napätia. Do priestoru medzi platňami vstrekol drobné olejové kvapôčky a v mikroskope pozoroval jednu z nich. Niekedy sa stalo, že kvapôčka sa začala pohybovať hore. To bolo možné len vďaka elektrickej sile, ktorá bola väčšia ako tiaž kvapky. Elektrická sila sa objavila nabitím kvapky prilipnutím elektrónov alebo iónov (ktoré sa bežne vo vzduchu v malom množstve vyskytujú). Potom zmenou napätia U zastavil pohyb kvapky, t.j. dosiahol rovnosť tiaže kvapky a elektrickej sily

Druhý člen na pravej strane je oprava na vztlakovú Archimedovu silu (r_v je hustota vzduchu), prvý člen je tiaž kvapky (r_k je hustota oleja), r je polomer kvapky, ktorý sa odmeral v okulári mikroskopu. Z tejto rovnice sa dá vyjadriť náboj Q. Z viacerých meraní máme súbor hodnôt nábojov Q₁, Q₂, ....Q_n. Ďalším krokom bolo nájdenie najmenšej hodnoty e takej, aby náboje Q₁, Q₂, ...Q_n boli jej celočíselným násobkom. Ukázalo sa, že takáto hodnota e jestvuje. Millikan vyšiel z tejto základnej myšlienky a prístroj zdokonalil. Priestor medzi elektródami ožaroval roentgenovým žiarením, čím podstatne zvýšil počet voľných nábojov vo vzduchu a tým sa nabíjanie kvapiek stalo častejším. Hlavne však použil pozorovanie kvapiek v pohybe a meranie ich rýchlosti. Tým vylúčil pochybnosti, či kvapka sa už zastavila, alebo ešte nie. Použitie jediného napätia umožnilo ho presne odmerať. Vieme, že pohyb telesa vo viskóznej tekutine sa časom ustáli a pohyb sa stane rovnomerným priamočiarym. To znamená, že vo zvislom smere nastala rovnováha medzi tiažou kvapky, elektrickou silou, Archimedovou vztlakovou silou a silou trenia (danou Stokesovým vzorcom pre guľu). Nech sa kvapka pohybuje nahor. Potom

Rýchlosť v sa určila zo vzdialenosti medzi ryskami v mikroskope a z odmeraného času. Ďalší postup bol úplne rovnaký ako u Wilsona. Meranie Millikanovo je však presnejšie. Hodnota náboja elektrónu, ktorú v súčasnosti prijímame, je e = 1,6021892.10^-19 C. Náboj e tiež nazývame elementárnym nábojom, nakoľko je to najmenší možný náboj.

Poznajúc hodnotu e bolo možné z pokusov určiť hmotnosť elektrónu napr. z pohybu elektrónu v magnetickom poli, kde vychýlenie elektrónu je funkciou pomeru m/e.