他們對有放射性的鐳、錒進行實驗研究，也發現存在同釷一樣的現象，他們把鐳放射出來的氣體稱為鐳射氣，錒放射出來的氣體叫錒射氣。
根據這些實驗結果，1902年盧瑟福、索迪提出元素蛻變假說：放射性是由於原子本身分裂或蛻變為另一種元素的原子而引起的。
這與一般的化學反應不同，它不是原子間或分子間的變化，而是原子本身的自發變化，放射出a、b、g射線，變成新的放射性元素，同時他們將這些實驗結果和上述假說整理寫成論文：「放射性的變化」。
他們關於元素蛻變的假說一提出來，立即引起物理學界、化學界的強烈反對，因為認為一種元素的原子可以變成另一種元素的原子的觀點打破了長期以來認為元素的原子不能變的傳統觀念，周圍的同事們也紛紛告誡他們，千萬要小心，以免愚弄自己。
開始時盧瑟福也有點猶豫，但是尊重實驗事實的樸素唯物主義思想和科學家的責任感，促使盧瑟福和索迪勇敢地決定，一定要使論文發表。
他們將論文寄到當時在科學界頗有影響的《哲學雜誌》時，遭到雜誌主編開耳芬勳爵的拒絕。
開耳芬勳爵是英國科學界的泰斗，19世紀最傑出的物理學家之一，在學術問題上開耳芬有一種觀點，他認為實驗僅是驗證理論的一種方法，另外晚年以思想保守而著稱的開耳芬實際上是反對元素蛻變理論。
盧瑟福和索迪在提出元素蛻變假說時，根據放射性元素在自發地發射射線的同時，還不斷地放出能量這一事實，提出了「原子能」的概念，盧瑟福還用這理論說明太陽能和地熱的來源，平息了物理學家和地質學家對此的長期爭論，而開耳芬則是物理學家的代表，主張這種能源來自引力收縮。
開耳芬顯然不願意發表盧瑟福和索迪的論文，在這種情況下，盧瑟福只好趕回劍橋，求助於他的導師湯姆遜。
通過實驗測定了電子的荷質比，從而證實了電子的存在的湯姆遜，對新的科學發現和理論遭受白眼是很有感觸的，因此他毫不遲疑地支持盧瑟福，湯姆遜親自找到開耳芬，向開耳芬保證這篇文章由他負責，開耳芬才不得不同意刊登盧瑟福和索迪的論文。
關於元素蛻變假說的論文的發表，引起的轟動是可想而知的，起初甚至連居里夫人也表示不能輕易相信，而門捷列夫則不但自己表示懷疑，還號召其他科學家不要相信。
至於開耳芬，儘管同意發表了這篇論文，他還是在1906年和1907年英國科學促進協會的兩次年會上一再發起挑戰，認為鐳產生新元素並不能證明原子的蛻變，而可能鐳本身就含有該元素的化合物。
盧瑟福、索迪、居里夫人都對開耳芬進行了反駁，而最有力的反駁莫過於實驗事實，於是在提出元素蛻變假說後，盧瑟福、素迪開始了對放射性元素的進一步深入研究。
1899年盧瑟福曾發現鈾和鈾的化合物所發出的射線有兩種，一種極易被吸收，他命名為a射線；另人種有較強的穿透本領，他稱之為b射線。
為了探索a、b射線的本質，盧瑟福和索迪利用空氣液化機在低溫條件下濃縮射氣，證明射氣是一種氣體，這氣體與拉姆塞曾發現的惰性氣體很相像。
繼續研究時，他們又發現鐳衰變時放射出氦離子，於是他們推測a射線就是氦離子流。
為了驗證這一推測，1903年3月索迪離開了盧瑟福實驗室，回到倫敦，和以發現和研究惰性氣體商聞名於世的拉姆塞合作，研究放射性鐳所放射的氣體。
不久他們的實驗就確認了盧瑟福和索迪的上述推測，a、射線就是帶正電荷的氦離子流。盧瑟福則證明該射線就是電子流。他們的共同努力，終於揭示了放射線的本質。
盧瑟福、索迪的開創性工作吸引了許多年輕的科學家，就在1903年以後的幾年，人們不斷地用各種方法從鈾、釷、錒等放射性元素中分離出一種又一種「新」的放射性元素，到1907年，被分離出來並加以研究過的放射性元素已近30種，多到周期表中沒有可容納它們的空位。
這就產生了矛盾，懷疑周期表對放射性元素是否適用，另外人們對這些新發現的放射性元素進行對比研究後，發現有些放射性不同的元素化學性質則完全一
