O experimento consistiu essencialmente em deixar cair gotas de óleo, utilizando um pulverizador, em uma câmara com campo elétrico. Algumas das gotas foram carregadas eletricamente por raios X incidentes e, ao aplicar um campo elétrico adequado, foi possível equilibrar a força peso e impedir sua queda. Medindo a intensidade do campo elétrico necessário para neutralizar a força da gravidade e conhecendo a massa das gotas (que pode ser inferida medindo a respectiva velocidade de queda livre no ar), Millikan observou que os valores das cargas elétricas das gotas sempre eram múltiplos inteiros de uma quantidade fixa, a carga do elétron. O valor obtido foi e = 1,592 4(17)×10−19 C, apenas 0,62% menor que o valor aceito atualmente de e = 1,602 176 565 (35)×10−19 C.
