Az elektromosságra és az anyag szerkezetére vonatkozó modern elméletek azokon a kisérleti tényeken nyugszanak elsősorban, melyekkel Zeemann, holland tudós megmutatta, hogy a mágneses térbe helyezett fényforrás színképi vonalait meghatározott törvények szerint új vonalakra bomlanak szét.

E classikus kísérletek analogiaszerű vonatkozásai és az elméleti megfontolások elvezettek ahhoz a további kérdéshez is, mi történik a színképpel, ha a fényforrást mágneses tér helyett elektromos térbe helyezzük. Ebben az esetben a kísérleti nehézségek jóval nagyobbak, mint a Zeemann-effectusnál és így érthető volt, hogy elég hosszú ideig nem sikerült a kérdésre kísérleti tényekkel feleltet adni.

Végre 1914-ben jelentette J. Stark, aacheni műegyetemi tanár, hogy sikerült elektromos térrel a színképi vonalakat épúgy szétválasztani, a hogyan az a Zeemann-effectusnál történik. E kísérletek leírása és értelmezése azóta több szakközleményen kívül külön könyvben is megjelent, ennek alapján ismertetjük mi is ezt az elméleti szempontból is nagyfontosságú eredményt. Stark az ő kísérleteinél fényforrásul a cső-sugarakat használta, tehát nem közönséges fényforrást, Bunsen-lángot vagy más effélét.

Ez utóbbiakkal a színképi vonalaknak elektromos térrel való szétválasztása mindezideig nem is sikerül. Úgy látszik, hogy a sikert a csősugarakban szereplő elektromos töltéssel ellátott részecskék biztosítják. Kiváló kutatók (J. Stark, W. Wien, J. J. Thomson stb.) búvárkodásának köszönhetjük, hogy a csősugarakban lefolyó jelenségek fővonásaikban ma már ismeretesek. Biztosan megállapított fényeknek a következőket tekinthetjük.

A csősugarakban pozitiv töltésű atom- illetve molekulaionok vannak: töltésük egyszeres vagy többszörös lehet. Bizonyos esetekben a csősugarakban negatív és az eddig megvizsgált összes esetekben neutralis részecskék is vannak. A positiv és neutralis részecskék töltése, ha a sugárzás valamely gázon át történik, általánosságban nem marad változatlanul. A neutralis részecskék, ha nyugvó gázmolekulákhoz ütődnek, ionozódnak, egy, két vagy több elektront elveszítenek s positiv atomionokká alakulhatnak át.

Másrészről a positiv egyértékű atomionok egy, a kétértékűek két elektron reárakódása által neutralis részecskékké, illetőleg a többértékű positiv atomionok alacsonyabbrendű positiv atomionokká alakulhatnak át. Az ionozódás és elektronozódás, e két ellentétes folyamat mozgó egyensúlyi állapotot teremt, melynek eredménye az, hogy a csősugarak egy része állandóan neutralis, illetve positiv töltésű. Ha a csősugarak irányításával párhuzamos elektromos teret teremtünk, a sugarak positiv része gyorsulást kap, a neutralis sugarak pedig változatlan sebességgel haladnak.

A csősugarak által kiváltott fénysugárzást J. Stark vizsgálta meg behatóan. A csősugarak színképében azon géz színképi vonalai jelennek meg, a melyen át a csősugarak mozognak. Ha az átfutott gáz különbözik attól a gáztól, a melyből a csősugarak létrejöttek, e színképi vonalakat a sugárzás tengelyére vonatkoztatott bármely irányból nézve ugyanazon változatlan helyzetben látjuk. Ez a nyugvó intensitás. Ha ellenben az átfutott gáz ugyanolyan összetételű, mint az, a melyből a csősugárrészecskék keletkeztek, akkor kétféle színkép jelentkezik.

Először is látjuk a nyugvó intensitás vonalait a rendes spektralis helyen, bármilyen legyen is a nézés iránya, másodszor pedig egy többé-kevésbbé széles sávot látunk, ha a csősugarak irányában vagy azzal ellentétesen nézünk. Ez a sáv az első esetben a rövid hullámhosszúságú, a második esetben a nagy hullámhosszúságú oldalon jelenik meg

. Ha a nézés irányát e két irány között lassan elforgatjuk, a sáv mindjobban összehúzódik, közeledik a megfelelő nyugvó színképi vonalhoz, végre, ha a nézés a csősugarak tengelyére merőlegesen történik, azzal összeesik. Ezt a mozgó intensitású sávot azok a mozgórészecskék emittálják, melyek a csősugarakat alkotják.