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  α粒子散射的實驗完成於1909年。在那時代,原子被認為類比於梅子布丁(物理學家約瑟夫·湯姆森提出的),負電荷(梅子)分散於正電荷的圓球(布丁)。假若這梅子布丁模型是正確的,由於正電荷完全散開,而不是集中於一個原子核,庫侖位勢的變化不會很大,通過這位勢的阿爾法粒子,其移動方向應該只會有小角度偏差。  在拉塞福的指導下,蓋革和馬士登發射阿爾法粒子射束來轟擊非常薄、只有幾個原子厚度的白金箔紙。然而,他們得到的實驗結果非常詭異,大約每8000個α粒子,就有一個粒子的移動方向會有很大角度的偏差(甚至超過 90°);而其它粒子都直直地通過白金箔紙,偏差幾乎在2°到3°以內,甚至幾乎沒有偏差。從這結果,拉塞福斷定,大多數的質量和正電荷,都集中於一個很小的區域(這個區域後來被稱作“原子核”);電子則包圍在區域的外面。當一個(正價)α粒子移動到非常接近原子核,它會被很強烈的排斥,以大角度反彈。原子核的小尺寸解釋了為什麼只有極少數的α粒子被這樣排斥。  拉塞福對這奇異的結果感到非常驚異。他後來常說:「這是我一生中最難以置信的事件...如同你用15吋巨砲朝著一張衛生紙射擊,而炮彈卻被反彈回來而打到自己一般地難以置信。」  拉塞福計算出原子核的尺寸應該小於 formula_1 。至於其具體的數值,拉塞福無法從這實驗決定出來。關於這一部分,請參閱後面的“原子核最大尺寸”一節。

  拉塞福計算出來的微分截面是  其中,formula_3 是截面,formula_4 是立體角,formula_5 是阿爾法粒子的電荷量,formula_6 是散射體的電荷量,formula_7 是真空電容率,formula_8 是能量,formula_9 是散射角度。

  假設阿爾法粒子正面碰撞於原子核。阿爾法粒子所有的動能(formula_10),在碰撞點,都被轉換為位能。在那一剎那,阿爾法粒子暫時是停止的。從阿爾法粒子到原子核中心的距離 formula_11 是原子核最大尺寸。應用庫侖定律,  其中,formula_13 是質量,formula_14 是初始速度。  重新編排,  阿爾法粒子的質量是 formula_16,電荷量是 formula_17,初始速度是 formula_18,金的電荷量是 formula_19 。將這些數值代入方程式,可以得到撞擊引數 formula_20 (真實半徑是 formula_21 )。這些實驗無法得到真實半徑,因為阿爾法粒子沒有足夠的能量撞入 formula_22 半徑內。拉塞福知道這問題。他也知道,假若阿爾法粒子真能撞至 formula_23 半徑,直接地擊中金原子核,那麼,在高撞擊角度(最小撞擊引數 formula_11 ),由於位勢不再是庫侖位勢,實驗得到的散射曲線的樣子會從雙曲線改變為別種曲線。拉塞福沒有觀察到別種曲線,顯示出金原子核並沒有被擊中。所以,拉塞福只能確定金原子核的半徑小於 formula_22 。  1919 年,在拉塞福實驗室進行的另一個非常類似的實驗,物理學家發射阿爾法粒子於氫原子核,觀察到散射曲線顯著地偏離雙曲線,意示位勢不再是庫侖位勢。從實驗資料,物理學家得到撞擊引數或最近離距(英語:closest approach)大約為 formula_26 。更進一步的研究,在拉塞福實驗室,發射阿爾法粒子於氮原子核和氧原子核,得到的結果,使得詹姆斯·查德威克和工作同仁確信,原子核內的作用力不同於庫侖斥力。

  現今,應用這些年累積的散射原理與技術,拉塞福背散射譜學能夠偵側半導體內的重金屬雜質。實際上,這技術也是第一個在月球使用的實地分析技術。在勘察者任務(英語:surveyor mission)降落於月球表面後,拉塞福背散射譜學實驗被用來收集地質資料。
蓋革-馬士登實驗(英語:Geiger-Marsden experiment),又稱盧瑟福散射實驗,是1909年漢斯·蓋革和歐內斯特·馬斯登在歐內斯特·盧瑟福指導下於英國曼徹斯特大學做的一個著名散射實驗。