从1913年开始，夫兰克和赫兹合作对电子与气体原子和分子间的碰撞进行了非常精确的研究。1914年，夫兰克和赫兹利用电场加速由热阴极发出的电子，使电子获得能量并与管中水银蒸气原子发生碰撞。实验发现，当电子能量未达到某一临界值时，电子与水银原子发生弹性碰撞，电子不损失能量；当电子能量达到某一临界值时，就发生非弹性碰撞，电子将一定量的能量传递给水银原子，使其激发，进而便可观察到水银原子退激发时发射的光谱线。这个事实无可非议地说明了水银原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”。因此，这个实验是玻尔所假设的量子化能级的第一个决定性的证据。

　　夫兰克-赫兹实验不仅证实了玻尔提出的原子存在分立能级的假设，而且改进后的实验装置还可以直接用来测定两个分立能级之间的能量差，在历史上对量子理论的建立有重要意义。