1868年，天文学家在太阳的光谱中发现一条特殊的黄色谱线D₃，这和早已知道的钠元素的D₁和D₂两条黄色谱线不同，由此预言在太阳中可能有一种未知元素存在。后来将这种元素命名为“氦”，意为“太阳元素”。

20多年后，拉姆赛证实了地球上也存在氦元素。1895年，美国地质学家希尔布兰德观察到钇铀矿放在硫酸中加热会产生一种不能自燃、也不能助燃的气体。他认为这种气体可能是氮气或氩气，但没有继续研究。拉姆赛知道这一实验后，用钇铀矿重复了这一实验，得到少量气体。在用光谱分析法检验该气体时，原以为能看到氩的谱线，却意外地发现一条黄线和几条微弱的其他颜色的亮线。拉姆赛把它与已知的谱线对照，没有一种同它相似。经过苦苦思索，终于想起27年前发现的太阳上的氦。氦的光谱正是黄线，如果这两条黄线能够重合，那么钇铀矿中放出的气体应是太阳元素氦了。

拉姆赛十分谨慎，请当时英国最著名的光谱专家克鲁克斯帮助检验，证实拉姆赛所得的未知气体即为“太阳元素”气体。1895年3月，拉姆赛在《化学新闻》上首先发表了在地球上发现氦的简报，同年在英国化学年会上正式宣布这一发现。后来，人们在大气中、水中、天然气中、石油气中以及铀和外的矿石中，甚至在陨石中也发现了氦。氦的性质与氩一样不活泼。

拉姆赛在发现氩和氦后，研究了它们的性质，测定了它们的相对原子质量。接着考虑它们在元素周期表的位置。按照相对原子质量的大小，氦应当排在氢和锂之间，但应当把它归在哪一类呢？除了氖以外，它跟已知的任何一种元素都不相似。1894年5月拉姆赛在给瑞利的信中写道：“你可曾想到，在周期表第一行最末的地方，还有空位留给气体元素这一件事呢。”他建议在化学元素同期表中列入一类新的化学元素，暂时让氦和氩做这一类元素的代表，后来就称为零族元素。