Principio de la cámara de niebla de Wilson
A finales del verano de 1894, Wilson descubrió en la cámara de niebla que construyó para estudiar los fenómenos ópticos en las nubes y la niebla: aparecían gotas de agua cuando el aire húmedo y libre de polvo se expandía. Él cree que esto puede ser el resultado de la condensación del vapor de agua alrededor de iones conductores en la atmósfera. En 1896, utilizó los recién descubiertos rayos X para iluminar el gas en la cámara de niebla y observó un gran aumento en la condensación del vapor de agua en estado sobresaturado. Los rayos X que atraviesan el gas en la cámara de niebla pueden producir una gran cantidad de iones; el fenómeno que observó confirmó que los iones son el núcleo de la condensación del vapor de agua. Por tanto, las cámaras de niebla se pueden utilizar para detectar partículas cargadas y registrarlas fotográficamente.
Utilizó aire húmedo purificado y libre de polvo para expandirlo y enfriarlo y, al mismo tiempo, permitió que los rayos X penetraran. El aire por donde pasaban los rayos X se ionizó y los iones cargados lo harían. forman partículas diminutas como gotas de agua, que muestran la trayectoria de los rayos X. Wilson descubrió además que si la expansión del volumen no es mucha, menos de 30, entonces sólo los iones con carga negativa pueden formar gotas; si el volumen se expande mucho, tanto los iones con carga positiva como los negativos pueden formar gotas; Wilson construyó la primera cámara de niebla en 1911. Para conmemorarlo, las generaciones posteriores llamaron a esta cámara de niebla Cámara de Nube Wilson.
J. Thomson lo elogió: "Este método tiene un valor incalculable para el progreso de la ciencia". J. Thomson y Rutherford lo utilizaron para tomar fotografías de las huellas de las partículas alfa y beta, en 1925, Bra Kate lo utilizó para estudiar las partículas artificiales; la radioactividad; Fitt lo utilizó para estudiar neutrinos en 1932; Anderson lo utilizó para estudiar rayos cósmicos en 1933 y descubrió positrones, y en 1937 lo utilizó para descubrir mesones.
Posteriormente, esta tecnología fue impulsada en laboratorios de todo el mundo y logró importantes resultados. Por su trabajo sobre la cámara de niebla, Wilson ganó el Premio Nobel de Física en 1927.