Uždaros stiklo kameros apatinė sienelė suvilgoma skystu alkoholiu. Ant jos padedamas gabalėlis urano rūdos, Vilsono kamera sandariai uždaroma. Netrukus alkoholio garai užpildo kameros ertmę (temperatūra joje siekia -40°C).
Didžioji garų dalis kondensuojasi ant stiklinio paviršiaus, tad šis aprasoja. Bet dalis alkoholio lieka nestabilių supersočiųjų garų pavidalu, kurie kiekvieną akimirką pasiruošę kondensuotis. Kai didelio krūvio dalelė įskrieja į tokius garus, ji iš garų molekulių išmuša elektronus ir suformuoja jonus. Nestabilūs alkoholio garai pradeda kondensuotis aplink jonus, paliktus už nukeliaujančios jonizuojančiosios dalelės. Taip garuose lieka alfa dalelės pėdsakas.
Vilsono kameroje matoma bet kokia didelį krūvį turinti dalelė. Dažniausiai tai būna alfa dalelės, elektronai, protonai, miuonai ir t.t. Šios dalelės atskrieja iš natūralaus radiacinio fono, kosmoso ar netoliese esančio radiacijos šaltinio.
Skirtingos dalelės kameros garuose palieka kitokius pėdsakus – viskas priklauso nuo dalelės krūvio, masės, greičio. Lengviausi yra elektronai – jų trajektorijas lengvai iškreivina magnetiniai laukai. Alfa dalelės ir protonai yra gerokai sunkesni, todėl gerokai lėtesni, tačiau savo kelyje jonizuoja daugiau molekulių ir jų pėdsakas būna stambesnis. Neutralias daleles (pvz., gama spindulius ar neutronus) Vilsono kameroje galima pamatyti jų paliekamų krūvio dalelių dėka.
Šio eksperimento su urano mineralu trukmė – 50 min. Po 40 min. Vilsono kameroje alkoholio lieka per mažai. Be to, laikui bėgant alkoholio kondensatas padengia ir patį mineralą. Pakanka net ir plono sluoksnio – ir dalis krūvio dalelių absorbuojamos. Todėl eksperimentui baigiantis dalelių pėdsakai darosi trumpesni.
