Uniwersytet McGill
Zdolność badawcza Rutherforda przyniosła mu profesurę na McGill University w Montrealu, który szczycił się jednym z najlepiej wyposażonych laboratoriów na półkuli zachodniej. Zwracając uwagę na jeden z niewielu pierwiastków, o których wówczas wiadomo, że są radioaktywne, on i kolega odkryli, że tor emitował gazowy produkt radioaktywny, który nazwał „emanacją”. To z kolei pozostawiło solidny aktywny depozyt, który wkrótce został rozdzielony na tor A, B, C i tak dalej. Co ciekawe, po obróbce chemicznej niektóre pierwiastki radioaktywne straciły radioaktywność, ale ostatecznie ją odzyskały, podczas gdy inne materiały, początkowo silne, stopniowo traciły aktywność. Doprowadziło to do koncepcji okresu półtrwania - w nowoczesnym ujęciu - przedziału czasu wymaganego do rozpadu połowy jąder atomowych próbki radioaktywnej - który wynosi od sekund do miliardów lat i jest unikalny dla każdego pierwiastka radioelektrycznego, a zatem doskonały znacznik identyfikacyjny.
Rutherford uznał, że potrzebuje specjalistycznej pomocy chemicznej przy rosnącej liczbie pierwiastków radioaktywnych. Kolejno przyciągnął umiejętności Fredericka Soddy'ego, demonstratora w McGill; Bertram Borden Boltwood, profesor na Uniwersytecie Yale; oraz Otto Hahn, badacz z tytułem doktora z Niemiec. Wraz z Soddy Rutherford w latach 1902–03 opracował teorię transformacji lub teorię dezintegracji jako wyjaśnienie radioaktywności - jego największe osiągnięcie w McGill. Alchemia i jej teorie przekształcania pierwiastków - takich jak ołów w złoto - od dawna są egzorcyzmowane z tak zwanej nowoczesnej chemii; atomy uważano za ciała stabilne. Ale Rutherford i Soddy twierdzili teraz, że energia radioaktywności pochodzi z wnętrza atomu, a spontaniczna emisja cząstki alfa lub beta oznaczała chemiczną zmianę z jednego pierwiastka na drugi. Spodziewali się, że ta ikonoklastyczna teoria będzie kontrowersyjna, ale ich przytłaczające dowody eksperymentalne stłumiły sprzeciw.
Wkrótce uznano, że pierwiastki radioelektryczne należały do trzech rodzin lub serii rozpadu, kierowanych przez uran, tor i aktyn, a wszystkie kończyły się nieaktywnym ołowiem. Boltwood umieścił rad w szeregu uranu i, zgodnie z sugestią Rutherforda, wykorzystał powoli rosnącą ilość ołowiu w minerale, aby pokazać, że wiek starych skał był w przedziale miliardów lat. Rutherford uważał cząstkę alfa, ponieważ miała namacalną masę, za klucz do transformacji. Stwierdził, że przenosi ładunek dodatni, ale nie mógł rozróżnić, czy jest to wodór czy jon helu.
Podczas pobytu w McGill Rutherford poślubił swoją ukochaną z Nowej Zelandii i stał się sławny. Z zadowoleniem przyjął rosnącą liczbę studentów badań w swoim laboratorium, w tym kobiety w czasach, gdy niewiele kobiet studiowało naukę. Był poszukiwany jako mówca i autor artykułów w czasopismach; napisał także wiodący w tym okresie podręcznik dotyczący radioaktywności, Radioaktywność (1904). Przybyły mu medale i społeczność w Royal Society of London. Nieuchronnie pojawiły się również oferty pracy.
