證明原子內部能量量子化的實驗。1914年J.夫蘭克和G.L.赫茲用低速電子碰撞原子的方法證實瞭原子分立能態的存在。抽出玻璃容器內的空氣並註入少量汞，維持適當溫度，使容器內形成一定氣壓的汞蒸氣。由陰極K發出的電子，在K與柵極G之間的電場作用下加速，獲得不太大速度的電子與KG間汞原子碰撞。再在柵極 G與陽極 A之間加一0.5V的反電壓。當電子的能量未達到某一臨界數值時，與汞原子產生彈性碰撞，不損失能量，到達柵極後還能克服反電壓作用到達陽極A；當電子能量達到臨界界數值時，就足以影響汞原子的內部能量，電子與汞原子產生非彈性碰撞，將能量傳遞給汞原子而降低速度，到達柵極後不足以克服反電壓的作用，不能再到達陽極。所以，加速電壓由零開始上升時，回路電流開始上升；加速電壓達到4.9V時電流下降；加速電壓繼續上升時，回路電流再一次上升，到9.0V時電流又下降等等。陽極電流的變化情況如圖2所示。
當電子與汞原子產生非彈性碰撞，電子能量的損失正好等於激發能時，在經歷一次碰撞以後，可以觀察到汞原子從受激態躍遷到基態的發射譜線。
夫蘭克－赫茲實驗不僅證實瞭N.玻爾提出的原子存在分立能態的假設，而且改進後的實驗裝置可直接用來測定兩能態之間的能量差。在歷史上對原子理論的建立有重要意義。