Univerza McGill
Rutherfordove raziskovalne sposobnosti so mu prinesle profesuro na univerzi McGill v Montrealu, ki se je pohvalila z enim od najbolje opremljenih laboratorijev na zahodni polobli. S svojo pozornostjo na še enega izmed nekaj tedanjih elementov, ki so bili takrat znani kot radioaktivni, je skupaj s sodelavcem ugotovil, da torij oddaja plinast radioaktivni proizvod, ki ga je imenoval "emanacija". To je posledično zapustilo trdno aktivno nahajališče, ki se je kmalu rešilo v torij A, B, C in tako naprej. Po kemični obdelavi so nekateri radioelementi izgubili radioaktivnost, vendar so jo sčasoma ponovno pridobili, medtem ko so drugi materiali, sprva močni, postopoma izgubili aktivnost. To je pripeljalo do koncepta razpolovne dobe - v modernem smislu je časovni interval, ki je potreben, da polovica atomskega jedra radioaktivnega vzorca razpade -, ki sega od sekund do milijarde let in je edinstven za vsak radioelement in s tem odlična identifikacijska oznaka.
Rutherford je spoznal njegovo potrebo po strokovni kemični pomoči pri naraščajočem številu radioelementov. Zaporedno je pritegnil veščine Fredericka Soddyja, demonstratorja na McGillu; Bertram Borden Boltwood, profesor na univerzi Yale; in Otto Hahn, podoktorski raziskovalec iz Nemčije. S Soddyjem je Rutherford v letih 1902–03 razvil teorijo transformacije oziroma teorijo o dezintegraciji kot razlago radioaktivnosti - njegov največji dosežek na McGillu. Alkemija in njene teorije o preoblikovalnih elementih - na primer svinec do zlata - so bile že dolgo uporabljene iz tako imenovane sodobne kemije; atomi so veljali za stabilna telesa. Toda Rutherford in Soddy sta zdaj trdila, da energija radioaktivnosti prihaja iz atoma in spontana oddaja alfa ali beta delcev pomeni kemično spremembo iz enega elementa v drugega. Pričakovali so, da bo ta ikonoklastična teorija sporna, vendar so njihovi preveliki eksperimentalni dokazi ugasnili nasprotovanje.
Pred kratkim je bilo ugotovljeno, da so radioelementi spadali v tri družine, ali propadajoče serije, na čelu z uranom, torijem in aktinijem, vse pa se končalo v neaktivnem svincu. Boltwood je uvrstil radij v serijo urana in po Rutherfordovem predlogu uporabil počasi naraščajočo količino svinca v mineralu, da bi pokazal, da je starost starih kamnin v obdobju milijarde let. Rutherford je menil, da je alfa delec ključnega pomena za preobrazbe, ker je imel otipljivo maso. Ugotovil je, da nosi pozitiven naboj, vendar ni mogel razlikovati, ali gre za vodikov ali helijev ion.
Medtem ko je bil pri McGillu, se je Rutherford poročil s svojo ljubico z Nove Zelandije in postal znan. Povečal je število študentov raziskav v njegovem laboratoriju, vključno z ženskami v času, ko je malo žensk študiralo znanost. Bil je povpraševan kot govornik in kot avtor revijskih člankov; napisal je tudi vodilni učbenik iz obdobja o radioaktivnosti, radioaktivnost (1904). Medalje in druženje v londonskem kraljevskem društvu so mu prišle na vrsto. Neizogibno so prišle tudi ponudbe za delo.
