Estudià a Cambridge. Fou nomenat professor, successivament, a Mont-real (1898), Manchester (1907) i Cambridge (1919), on dirigí el Cavendish Laboratory (1919-37). President de la Royal Society (1925-30), és conegut per les seves investigacions sobre la radioactivitat, els gasos, la matèria i, sobretot, pel seu model d'àtom, el 1899 descobrí la radioactivitat del tori i identificà els raigs α i β de les radiacions radioactives; el 1906 estudià les partícules alfa, que identificà com a nuclis d’heli. Amb H. Geiger ideà un mètode per a comptar les partícules alfa (1908). El 1919 descobrí la transmutació d’elements, que posteriorment investigà amb J. Chadwick (1921-24). Més tard estudià el nucli atòmic i la massa dels neutrons i comprovà que la major part de la massa atòmica és concentrada en el nucli, treballs fets amb la col·laboració de F.W. Aston. El seu model d’àtom esdevingué cèlebre i ha estat la base de models posteriors (Bohr, Sommerfeld). Obtingué el premi Nobel de química el 1908.