1868年，天文學家在太陽的光譜中發現一條特殊的黃色譜線D3，這和早已知道的鈉元素的D1和D2兩條黃色譜線不同，由此預言在太陽中可能有一種未知元素存在。后來將這種元素命名為“氦”，意為“太陽元素”。

　　20多年后，拉姆賽證實了地球上也存在氦元素。1895年，美國地質學家希爾布蘭德觀察到釔鈾礦放在硫酸中加熱會產生一種不能自燃、也不能助燃的氣體。他認為這種氣體可能是氮氣或氬氣，但沒有繼續研究。拉姆賽知道這一實驗后，用釔鈾礦重復了這一實驗，得到少量氣體。在用光譜分析法檢驗該氣體時，原以為能看到氬的譜線，卻意外地發現一條黃線和幾條微弱的其他顏色的亮線。拉姆賽把它與已知的譜線對照，沒有一種同它相似。經過苦苦思索，終于想起27年前發現的太陽上的氦。氦的光譜正是黃線，如果這兩條黃線能夠重合，那么釔鈾礦中放出的氣體應是太陽元素氦了。

　　拉姆賽十分謹慎，請當時英國最著名的光譜專家克魯克斯幫助檢驗，證實拉姆賽所得的未知氣體即為“太陽元素”氣體。1895年3月，拉姆賽在《化學新聞》上首先發表了在地球上發現氦的簡報，同年在英國化學年會上正式宣布這一發現。后來，人們在大氣中、水中、天然氣中、石油氣中以及鈾和外的礦石中，甚至在隕石中也發現了氦。氦的性質與氬一樣不活潑。

　　拉姆賽在發現氬和氦后，研究了它們的性質，測定了它們的相對原子質量。接著考慮它們在元素周期表的位置。按照相對原子質量的大小，氦應當排在氫和鋰之間，但應當把它歸在哪一類呢?除了氖以外，它跟已知的任何一種元素都不相似。1894年5月拉姆賽在給瑞利的信中寫道：“你可曾想到，在周期表第一行最末的地方，還有空位留給氣體元素這一件事呢。”他建議在化學元素同期表中列入一類新的化學元素，暫時讓氦和氬做這一類元素的代表，后來就稱為零族元素。