McGill University
Rutherfordin tutkimuskyky voitti hänelle professuurin McGill-yliopistossa, Montréalissa, joka kehui yhtä parhaiten varustetuista laboratorioista läntisellä pallonpuoliskolla. Kiertäessään huomionsa toiseen niistä harvoista elementeistä, joiden silloin tiedettiin olevan radioaktiivisia, hän ja kollega havaitsivat, että torium päästää kaasumaista radioaktiivista tuotetta, jota hän kutsui "emanatioksi". Tämä puolestaan antoi kiinteän aktiivisen saostuman, joka pian erotettiin toriumiksi A, B, C ja niin edelleen. Kummallista kyllä, jotkut radioelementit menettivät kemiallisen käsittelyn jälkeen radioaktiivisuutensa, mutta lopulta palasivat sen takaisin, kun taas muut, alun perin vahvat, materiaalit menettivät vähitellen aktiivisuutta. Tämä johti puoliintumisajan käsitteeseen - nykyaikaisesti sanottuna, ajanjakso, joka vaaditaan puolelta radioaktiivisen näytteen atomiytimistä, hajoamiseen -, joka vaihtelee sekunteista miljardiin vuoteen ja on ainutlaatuinen jokaiselle radioelementille ja siten erinomainen tunnistava tunniste.
Rutherford tunnusti, että hän tarvitsee asiantuntevaa kemiallista apua kasvavien radioelementtimäärien kanssa. Peräkkäin hän houkutteli McGillin mielenosoittajan Frederick Soddy taitoja; Bertram Borden Boltwood, Yalen yliopiston professori; ja Otto Hahn, tutkijatohtori Saksasta. Soddyn kanssa Rutherford kehitti vuosina 1902–03 transformaatioteorian tai hajoamisteorian selittämään radioaktiivisuutta - hänen suurimman suorituksensa McGillissä. Alkemia ja sen teoriat muuntoelementeistä - kuten kultaan johtamisesta - olivat jo kauan sitten poistettu ns. Modernista kemiasta; atomeja pidettiin vakaina kappaleina. Mutta Rutherford ja Soddy väittivät nyt, että radioaktiivisuuden energia tuli atomin sisältä ja alfa- tai beetapartikkelin spontaani säteily merkitsi kemiallista muutosta elementistä toiseen. He odottivat tätä ikonoklastista teoriaa kiistanalaiseksi, mutta heidän ylivoimainen kokeellinen todiste tukahdutti opposition.
Aikaisemmin havaittiin, että radioelementit jakautuivat kolmeen perheeseen tai rappeutumissarjaan, joita johtaa uraani, torium ja aktinium ja jotka kaikki päättyivät inaktiiviseen lyijyyn. Boltwood sijoitti radiumin uraanisarjaan ja käytti Rutherfordin ehdotuksen mukaisesti hitaasti kasvavaa määrää lyijyä mineraalissa osoittaakseen, että vanhojen kivien ikä oli miljardia vuotta. Rutherford piti alfahiukkanen avaimena muunnoksiin, koska sillä oli konkreettinen massa. Hän totesi, että siinä oli positiivinen varaus, mutta hän ei pystynyt erottamaan onko se vety- vai heliumionia.
McGillissä ollessaan Rutherford meni naimisiin rakkaansa Uudesta-Seelannista ja tuli kuuluisaksi. Hän toivotti laboratorioonsa lisääntyvän määrän tutkimusopiskelijoita, mukaan lukien naiset aikana, jolloin harvat naiset opiskelivat tiedettä. Hän oli kysyjä puhujana ja aikakauslehden kirjoittajana; hän kirjoitti myös kauden johtavan radioaktiivisuuden oppikirjan Radioaktiivisuus (1904). Mitalit ja apuraha Lontoon kuninkaallisessa seurassa tulivat hänen tielleen. Väistämättä myös työpaikat tulivat.
