Fisico, ideò il modello planetario dell'atomo; fu tra i primi a comprendere la natura della disintegrazione spontanea degli atomi radioattivi degli elementi ed a conseguire la disintegrazione artificiale del nucleo, ponendo così le basi della "teoria della radioattività". Per questo, nel 1908, è stato insignito del premio Nobel per la chimica.

Laureato in Nuova Zelanda, già da studente sostenne audacemente, in una relazione, che gli atomi dovevano essere costituiti dai medesimi componenti, relazione estremamente criticata, ma le sue idee furono poi confermate dodici anni dopo.

Nel 1895 vince una borsa di studio per il famoso Laboratorio Cavendish di Cambridge, diretto da J.J.Thomson, ove svolse importanti ricerche che gli meritarono, nel 1897, la cattedra di fisica all'Università di Montreal, dove iniziò lo studio della radioattività.
Nel 1907 ottenne una cattedra all'Università di Manchester; nel 1918 viene nominato "socio straniero" dell'Accademia Nazionale dei Lincei. Nel 1919 successe a Thomson nella cattedra all'Università di Cambridge e nella direzione dei Laboratori Cavendish, uno dei traguardi maggiormente ambiti nel mondo scientifico.
Suoi allievi furono numerosissimi futuri scienziati di fama mondiale; fu eletto membro onorario di quasi tutte la Accademie scientifiche del mondo, ed alla sua morte fu sepolto a Westminster.

Era uomo burbero ma gioviale e senza peli sulla lingua; non comprese la teoria della relatività ma sostenne Bohr nelle ricerche di fisica quantistica e con i suoi esperimenti sulle particelle a giunse al concetto di nucleo dell'atomo, chiave di volta di tutta la fisica moderna.