มิลลิแกนทดลองโดยฉีดน้ำมันเป็นฝอยเล็กๆ ซึ่งมันมีความหนาแน่นมากกว่าอากาศจึงค่อยๆตกผ่านช่องโลหะแผ่นบนลงมาชนแผ่นล่างเมื่อต่อความต่างศักย์เข้ากับแผ่นโลหะทั้งสองพบว่าบางหยดเคลื่อนที่ลง บางหยดเคลื่อนที่ขึ้นบางหยดหยุดนิ่ง หรืเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วคงที่
     เครื่องมือที่มิลลิแกนใช้ทดลองเป็นกล่องปิดมิดชิด ซึ่งมีส่วนประกอบที่สำคัญคือ แผ่นโลหะคู่ขนาน แผ่นบนเจาะรูเล็ก ๆ ด้านบนมีท่อสำหรับฉีดน้ำมัน ซึ่งปากกระบอกมีรูเล็กมาก หยดน้ำมันเล็ก ๆ ที่ถูกฉีดออกมา จะเคลื่อนที่ผ่านช่องของแผ่นโลหะ โดยทั่วไปหยดน้ำมันจะมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า เมื่อเคลื่อนที่เสียดสีกับอากาศหรือปากหลอดจะทำให้หยดน้ำมันบางหยดเสียอิเล็กตรอนไปจึงมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก และหยดน้ำมันบางหยดจะรับอิเล็กตรอนเพิ่ม ทำให้มีประจุไฟฟ้าเป็น ถ้าแผ่นโลหะไม่มีความต่างศักย์ไฟฟ้า หยดน้ำมันจะเคลื่อนที่ลงภายใต้แรงดึงดูดของโลกด้วยความเร่งเท่ากับ g เราสามารถหาประจุอิสระในหยดน้ำมันได้ โดยการปรับความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างแผ่นโลหะ และถ้าจัดความต่างศักย์ไฟฟ้าให้พอเหมาะจะมี หยดน้ำมันบางหยดลอยนิ่งอยู่กับที่ หรือเคลื่อนที่ขึ้นหรือลงด้วยความเร็วคงที่ ถ้าไม่คำนึงถึงแรงลอยตัวและแรงหนืด แสดงว่าแรงที่เกิดจากสนามไฟฟ้า E และแรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทำกับหยดน้ำมันจุมีค่าเท่ากัน

    สรุปได้ว่า บนหยดน้ำมันแต่ละหยดที่มีประจุไฟฟ้าลบนั้นได้รับอิเล็กตรอนเพิ่มเป็นจำนวนต่าง ๆ กัน เช่น เป็น 2,3, 4,...ตัว โดยประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอนหนึ่งตัวมีขนาดเท่ากับ 1.6 x 10-19 คูลอมบ์ และใช้สัญลักษณ์ e แทนค่าประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอน