El experimento de Franck-Hertz fue la primera medición eléctrica que mostró claramente la naturaleza cuántica de los átomos y, por lo tanto, "transformó nuestra comprensión del mundo". Fue presentado el 24 de abril de 1914 a la Sociedad Alemana de Física en un artículo de James Franck y Gustav Hertz. Franck y Hertz habían diseñado un tubo de vacío para estudiar electrones energéticos que volaban a través de un vapor delgado de átomos de mercurio. Descubrieron que, cuando un electrón choca con un átomo de mercurio, puede perder solo una cantidad específica (4,9 electronvoltios) de su energía cinética antes de salir volando. Esta pérdida de energía corresponde a la desaceleración del electrón desde una velocidad de alrededor de 1,3 millones de metros por segundo hasta cero. Un electrón más rápido no se desacelera completamente después de una colisión, sino que pierde exactamente la misma cantidad de energía cinética. Los electrones más lentos simplemente rebotan en los átomos de mercurio sin perder ninguna velocidad o energía cinética significativa.

Estos resultados experimentales demostraron ser consistentes con el modelo de Bohr para átomos que había sido propuesto el año anterior por Niels Bohr. El modelo de Bohr fue un precursor de la mecánica cuántica y del modelo de capa de electrones de los átomos. Su característica clave era que un electrón dentro de un átomo ocupa uno de los "niveles de energía cuántica" del átomo. Antes de la colisión, un electrón dentro del átomo de mercurio ocupa su nivel de energía más bajo disponible. Después de la colisión, el electrón del interior ocupa un nivel de energía más alto con 4,9 electronvoltios (eV) más de energía. Esto significa que el electrón está más débilmente unido al átomo de mercurio. No había niveles intermedios ni posibilidades en el modelo cuántico de Bohr. Esta característica fue "revolucionaria" porque era inconsistente con la expectativa de que un electrón pudiera unirse al núcleo de un átomo por cualquier cantidad de energía. En un segundo artículo presentado en mayo de 1914, Franck y Hertz informaron sobre la emisión de luz por los átomos de mercurio. que había absorbido energía de las colisiones. Demostraron que la longitud de onda de esta luz ultravioleta correspondía exactamente a los 4,9 eV de energía que había perdido el electrón volador. Bohr también había predicho la relación entre la energía y la longitud de onda porque había seguido la estructura establecida por Hendrik Lorentz en el Congreso Solvay de 1911. En Solvay, Hendrik Lorentz sugirió después de la charla de Einstein sobre la estructura cuántica que la energía de un rotador se igualara a nhv. Por lo tanto, Bohr siguió las instrucciones dadas en 1911 y copió la fórmula propuesta por Lorentz y otros en su modelo atómico de 1913. Lorentz había estado en lo cierto. La cuantización de los átomos coincidía con su fórmula incorporada en el modelo de Bohr. Después de una presentación de estos resultados por parte de Franck unos años más tarde, se dice que Albert Einstein comentó: "Es tan hermoso que te hace llorar". El 10 de diciembre de 1926, Franck y Hertz recibieron el Premio Nobel de Física de 1925 "por su descubrimiento de las leyes que gobiernan el impacto de un electrón sobre un átomo".