實驗簡介
油滴實驗到2006年為止，已知基本電荷值為1.60217653(14) x 10−19庫侖。密立根在諾貝爾獎頒獎典禮上，表示他的計算值為4.774(5) x 10−10靜庫侖（等於1.5924(17) x 10−19庫侖）。現在已知的數值與密立根的結果差異小於百分之一，但仍比密立根測量結果的標準誤（standard error）大了5倍，因此在統計上具顯著差異。
該實驗被評為“物理最美實驗”之一。
實驗裝置
密立根設定了一個均勻電場，方法是將兩塊以水平方式平行排列的金屬板作為兩極，且兩極之間可產生相當大的電位差。金屬板上有四個小洞，其中三個是用來將光線射入裝置中，另外一個則設有一部顯微鏡，用以觀測實驗。噴入平板中的油滴可經由控制電場來改變位置。
為了避免油滴因為光線照射蒸發而使誤差增加，此實驗所使用的油擁有較低的蒸氣壓。其中少數的油滴在噴入平板之前，會因為與噴嘴發生摩擦而獲得電荷，成為實驗對象。
在此實驗中，油滴的運動方向共受四個力量影響：
空氣阻力（向上）
重力（向下）
浮力（向上）
電場力（向上）
首先噴入的油滴會因為電場尚未開啟而下墜（以重力加速度），並很快的因為與空氣的摩擦而到達終端速度（等速下墬）。接著開啟電場，假如此電場強度夠強（或稱電場力，F），那么將會使部分具有電荷的油滴開始上升。之後選出一個容易觀察的油滴，利用電壓的調整使油滴固定於電場中央，並使其他油滴墜落。接下來的實驗將只針對此一油滴進行。
然後關閉電場使油滴下降，並計算油滴在下墬時終端速度v，再根據斯托克斯定律（Stokes' Law）算出油滴所受的空氣阻力：
（空氣阻力，方向向上）
v1 為油滴的終端速度；η 為空氣的黏滯係數；r 為油滴半徑。
重量W（重力）等於體積V乘上密度ρ，且由於使油滴下降的力量為重力，因此下墬加速度為g。假設油滴為完美球型，則重力W可寫成
（重力，方向向下）
ρ為油滴密度
不過若要獲得較為精確的數值，則重量必須減去空氣對油滴造成的浮力（等於和油滴相等體積的空氣重量）。假設油滴為完美球型，則浮力B可寫成
（浮力，方向向上）
ρair為空氣密度。
上兩式合併如下：
（重力 - 浮力）
到達終端速度時加速度為零（等速下降），此時作用於油滴的合力為零，使F與W-B互相抵銷，也就是，由此可得：
一但求得r（太小以致無法直接測量），則W也可算出。
再來將電場重新開啟，此時作用於油滴的電場力為
（電場力，方向向上）
q為油滴電荷；E為電極板之間的電場。
平行板狀電極產生的電場則可以下式求得：
V為電位差；d為平板之間的距離。
若以較為直截了當的方法，q可經由調整V使油滴固定，再由F = W - B算出：
不過這種方法實際上難以實行。因此也可使用較容易操作的方式：稍微再將電壓V向上調升，讓油滴上升並得到一個新的終端速度v，再從下式中得到q：
（電場力 - 重力 + 浮力 = 油滴向上爬升到達終端速度時所受的空氣阻力）
草包族科學
理查· 費曼曾經在1974年，於加州理工學院的一場畢業典禮演說中敘述“草包族科學”（Cargo cult science）時提到：從過往的經驗，我們學到了如何應付一些自我欺騙的情況。舉個例子，密立根做了個油滴實驗，量出了電子的帶電量，得到一個今天我們知道是不大對的答案。他的資料有點偏差，因為他用了個不準確的空氣粘滯係數數值。於是，如果你把在密立根之後、進行測量電子帶電量所得到的資料整理一下，就會發現一些很有趣的現象：把這些資料跟時間畫成坐標圖，你會發現這個人得到的數值比密立根的數值大一點點，下一個人得到的資料又再大一點點，下一個又再大上一點點，最後，到了一個更大的數值才穩定下來。
為什麼他們沒有在一開始就發現新數值應該較高？——這件事令許多相關的科學家慚愧臉紅——因為顯然很多人的做事方式是：當他們獲得一個比密立根數值更高的結果時，他們以為一定哪裡出了錯，他們會拚命尋找，並且找到了實驗有錯誤的原因。另一方面，當他們獲得的結果跟密立根的相仿時，便不會那么用心去檢討。因此，他們排除了所謂相差太大的資料，不予考慮。我們現在已經很清楚那些伎倆了，因此再也不會犯同樣的毛病。
實驗作假醜聞
密立根油滴實驗60年後，史學家發現，密立根一共向外公布了58次觀測數據，而他本人一共做過140次觀測。他在實驗中通過預先估測，去掉了那些他認為有偏差，誤差大的數據。這違反了科學的原則。
密立根是在1907年在芝加哥大學任教時開始做測定 基本電荷的實驗的。他一開始用的是水滴。在1909年他首次報告了用水滴測定的 基本電荷的數值。但是用水滴做實驗有一個很大的問題：水滴很容易揮發，只能對它們的運動情況做幾秒種的觀察。這時研究生哈維·弗雷徹加入了密立根實驗室。在參與討論如何防止水滴蒸發的問題之後，弗雷徹建議改用油滴做實驗。在一天之間，弗雷徹製作了油滴實驗的設備，並在當天就進行了實驗，獲得了一個比較靠譜的 基本電荷數據。那一天密立根不在實驗室。
密立根在第二天回到實驗室後，看到了弗雷徹的實驗設備，非常興奮。此後兩個人一起工作，對實驗設備進行了改進。6周后，公布了實驗結果。很顯然，這個實驗的論文應該由兩人聯合發表。但是密立根提醒弗雷徹，根據學校的要求，研究生的博士論文必須單獨署名，不能有合作者。密立根建議，弗雷徹可以在以後的某篇論文單獨署名作為其博士論文，但是做為交換條件，這第一篇論文必須只署密立根一人的名字。弗雷徹雖然感到失望，但是沒有別的辦法，同意了這一安排。
於是在1910年密立根做為唯一作者發表了第一篇油滴實驗的論文，並最終獲得諾貝爾獎。弗雷徹則在第5篇論文中做為唯一作者。1982年，弗雷徹死後發表的文章中才披露了這個秘密。這個安排雖然是兩人協定的結果，而密立根在第一論文中也提到實驗是由他和弗雷徹一起做的，但是不管以什麼理由或交換條件，剝奪研究生在參與設計和實驗的論文的署名權，仍然是一種不正當的行為。不能拿論文的署名權做交易。密立根如果大度一點的話，完全可以讓第一篇論文兩人共同署名，這與讓弗雷徹以後在某篇主要由他一個人完成的論文中單獨署名，一點也不衝突。論文的作者必須是對實驗做出了實質性貢獻的所有的人，不能多也不能少。然而，即使是在今天，實驗室的“老闆”不看對論文的實質性貢獻，利用權勢決定誰是論文的共同作者，這仍然是相當常見的。密立根的問題還不限於此。在密立根的論文發表後，其他實驗室試圖重複其實驗。其主要對手是維也納大學的菲里克斯·厄侖霍夫特。
在1911～1913年間，厄侖霍夫特重複了油滴實驗，但是卻未能發現像密立根所說的油滴所帶，羅伯特·密立根的 電量總是某一個最小固定值的整數倍。1913年，密立根發表了一篇論文，其數據非常清楚地表明了 基本電荷的存在，並算出了基本電荷的精確值，從而結束了爭論。 密立根油滴實驗果真像其論文顯示的那樣清晰、精確嗎？1981年，阿蘭·富蘭克林研究了密立根的實驗記錄本，發現密立根在記錄本中對其觀察結果進行打分，從“一般”到“最好”。根據記錄本，密立根在1913年發表的論文依據的是140次觀察，然而他把其中49次觀察的數據捨棄不用，只根據91次他認為較好的觀察結果的數據進行計算。但是，在論文中，密立根卻聲稱該論文“代表了所有的油滴實驗”。如果密立根把所有的觀察數據都包括進去，雖然不會影響其結果，卻會加大 誤差。這樣，密立根通過有選擇性地刪除數據，獲得了漂亮的實驗結果，並且在論文中誤導讀者。像這樣對實驗數據進行修飾，不論是少報還是多報實驗次數，不論是刪除不利數據還是增添有利數據，都是一種嚴重的學術不端行為。現在看來，密立根當時獲得的 基本電荷數值偏低，因為他在計算空氣阻力時使用了不準確的空氣粘滯係數。1974年，美國著名物理學家 費曼在加州理工學院畢業典禮發表的演說中提到一個有趣的現象：在密立根之後物理學家測定的 基本電荷數值隨著時間的推移在不斷增大，每次只增大一點點。
費曼認為這是由於後來的物理學家在測定 基本電荷時，如果獲得的數值比密立根的數值高得多，就會想當然地認為自己測錯了，回頭去找原因，捨去這些“高得離譜”的數據，只保留那些比較接近密立根數值的數據。看來乾修飾數據勾當的物理學家還不在少數。
