原子物理学や核物理学の分野において、ウィルソンの雲箱は粒子の軌道を観察する最も基本的な装置である。 T. R. Wilson(UK, 1869 – 1959)が1897年に発見し、1911年に実用化した。
雲箱の断面の模式図は次の図の通りである。

上面と側面は直径数センチメートルのガラスで覆われ、。底部にはピストンがあり、室内の空気は水蒸気で飽和している。ピストンを素早く引き下げると、室内の容積は拡大し温度が下がり、内部の空気は水蒸気で過飽和となる。この過飽和状態に荷電粒子が入り込んでイオンになると、水蒸気はイオンの列に沿って凝縮し、荷電の経路となる。
雲箱を磁場中に置くと、トレースの曲率などを測定し、荷電粒子に関するさまざまな情報を得ることができます。
気泡室やスパーク室は雲室に取って代わられ、現在では教育目的にしか使われていませんが、ウィルソンの雲室は物理学の歴史の中で非常に重要な役割を担っています。