O experimento de Franck-Hertz foi a primeira medição elétrica a mostrar claramente a natureza quântica dos átomos e, assim, "transformou nossa compreensão do mundo". Foi apresentado em 24 de abril de 1914 à Sociedade Alemã de Física em um artigo de James Franck e Gustav Hertz. Franck e Hertz haviam projetado um tubo de vácuo para estudar elétrons energéticos que voavam através de um fino vapor de átomos de mercúrio. Eles descobriram que, quando um elétron colidia com um átomo de mercúrio, ele poderia perder apenas uma quantidade específica (4,9 elétron-volts) de sua energia cinética antes de voar. Essa perda de energia corresponde à desaceleração do elétron de uma velocidade de cerca de 1,3 milhão de metros por segundo para zero. Um elétron mais rápido não desacelera completamente após uma colisão, mas perde precisamente a mesma quantidade de sua energia cinética. Elétrons mais lentos apenas ricocheteiam em átomos de mercúrio sem perder nenhuma velocidade significativa ou energia cinética.

Esses resultados experimentais provaram ser consistentes com o modelo de Bohr para átomos que havia sido proposto no ano anterior por Niels Bohr. O modelo de Bohr foi um precursor da mecânica quântica e do modelo da camada eletrônica dos átomos. Sua principal característica era que um elétron dentro de um átomo ocupa um dos "níveis de energia quântica" do átomo. Antes da colisão, um elétron dentro do átomo de mercúrio ocupa seu nível de energia mais baixo disponível. Após a colisão, o elétron dentro ocupa um nível de energia mais alto com 4,9 elétron-volts (eV) a mais de energia. Isso significa que o elétron está mais frouxamente ligado ao átomo de mercúrio. Não havia níveis intermediários ou possibilidades no modelo quântico de Bohr. Esta característica era "revolucionária" porque era inconsistente com a expectativa de que um elétron pudesse ser ligado ao núcleo de um átomo por qualquer quantidade de energia. que haviam absorvido energia de colisões. Eles mostraram que o comprimento de onda dessa luz ultravioleta correspondia exatamente aos 4,9 eV de energia que o elétron voador havia perdido. A relação entre energia e comprimento de onda também foi prevista por Bohr porque ele seguiu a estrutura apresentada por Hendrik Lorentz no Congresso Solvay de 1911. Na Solvay, Hendrik Lorentz sugeriu, após a palestra de Einstein sobre estrutura quântica, que a energia de um rotador fosse igual a nhv. Portanto, Bohr seguiu as instruções dadas em 1911 e copiou a fórmula proposta por Lorentz e outros em seu modelo atômico de 1913. Lorentz estava certo. A quantização dos átomos correspondeu à sua fórmula incorporada ao modelo de Bohr. Depois de uma apresentação desses resultados por Franck alguns anos depois, Albert Einstein disse ter observado: "É tão adorável que faz você chorar." Em 10 de dezembro de 1926, Franck e Hertz receberam o Prêmio Nobel de Física de 1925 "por sua descoberta das leis que governam o impacto de um elétron sobre um átomo".