密立根设置了一个均匀电场，方法是将两块金属板以水平方式平行排列，作为两极，两极之间可产生相当大的电位差。

金属板上有四个小洞，其中三个是用来将光线射入装置中，另外一个则设有一部显微镜，用以观测实验。喷入平板中的油滴可经由控制电场来改变位置。 为了避免油滴因为光线照射蒸发而使误差增加，此实验使用蒸气压较低的油。

其中少数的油滴在喷入平板之前，因为与喷嘴摩擦而获得电荷，成为实验对象。