Berkas partikel alfa ditembakkan ke sebuah atom, dan setiap partikel yang mencapai layar detektor dicatat sudut hamburnya. Dua model atom dapat dipertukarkan: model puding prem yang muatan positifnya tersebar merata, dan model inti yang seluruh muatan positifnya terpusat di titik yang sangat kecil. Keduanya diberi muatan total yang sama, sehingga menurut hukum Gauss medan di luar atom pun sama persis; satu-satunya perbedaan terletak di dalam atom. Pada model puding prem hampir seluruh partikel menembus lurus dan kolom terpental balik tetap nol berapa lama pun ditunggu, sedangkan pada model inti muncul segelintir partikel yang dibelokkan tajam dan sebagian kecil terpental balik. Cacah tiap golongan ditampilkan berdampingan dengan ramalan rumus hamburan Rutherford, dan sebaran sudutnya digambar sebagai histogram, sehingga percobaan ini benar-benar berupa pengukuran, bukan sekadar peragaan.