Известен как «отец» ядерной физики, создал планетарную модель атома. Лауреат Нобелевской премии по химии 1908 года.
Его магистерская работа, написанная в 1892 году, касалась обнаружения высокочастотных радиоволн, существование которых было доказано в 1888 году немецким физиком Генрихом Герцем.
В 1895 году, после получения степени бакалавра естественных наук и двух лет исследований в передовой области электричества, Резерфорд отправился в Англию для дальнейшего обучения в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета (1895—1898), так как получил премию в 150 фунтов стерлингов. Oнa давалась 1 раз в 2 года одному самому лучшему ученику Новой Зеландии.
Из 750 000 человек населения Новой Зеландии к 2010 году лишь трое получило нобелевские премии, включая Резерфорда.
Открыл альфа- и бета-излучение, короткоживущий изотоп радона (их несколько, сам радон ранее открыл немецкий химик) и множество изотопов. Объяснил на основе свойств радона радиоактивность тория, открыл и объяснил радиоактивное превращение химических элементов, создал теорию радиоактивного распада, расщепил атом азота, обнаружил протон. Доказал, что альфа-частица — ядро гелия.
Поставив опыт по рассеянию альфа-частиц на металлической фольге, вывел формулу Резерфорда. Исходя из её анализа, сделал вывод о существовании в атоме массивного ядра. Создал планетарную теорию строения атомов. По ней, атом состоит из ядра, находящегося в центре, и электронов, вращающихся по орбитам вокруг ядра.
Первым открыл образование новых химических элементов при распаде тяжелых химических радиоактивных элементов. Уточнил на 30 % отношение заряда к массе электрона. Написал и опубликовал 3 тома работ. Все работы его экспериментальные.
12 учеников Резерфорда стали лауреатами Нобелевской премии по физике и химии. Один из наиболее талантливых учеников Генри Мозли, экспериментально показавший физический смысл Периодического закона, погиб в 1915 году на Галлиполи в ходе Дарданелльской операции. В Монреале работал с Ф. Содди, О. Ханом; в Манчестере — с Г. Гейгером (в частности, помог тому разработать счётчик для автоматического подсчёта числа ионизирующих частиц), в Кембридже — с Н. Бором, П. Капицей и многими другими знаменитыми в будущем учёными.
По сведениям Даниила Данина ("Резерфорд" из цикла ЖЗЛ): 25 Октября 21-Го Года… (Отрывок из письма Капицы матери) Отношения С Резерфордом, Или, Как Я Его Называю, Крокодилом, Улучшаются. [По Словам Ива, Капица Тан Объяснял Придуманное Им Прозвище: «Это Животное Никогда Не Поворачивает Назад И Потому Может Символизировать Резерфордовскую Проницательность И Его Стремительное Продвижение Вперед». Капица Добавлял, Что «В России На Крокодила Смотрят Со Смесью Ужаса И Восхищения».]