展示电磁辐射粒子性的康普顿效应而于1927年获得诺贝尔物理学奖。那时的人们尽管已经清楚理解光的波动性，但仍不能完全接受光同时具有波动性与粒子性。因而这一发现轰动一时。他在曼哈顿计划中领导芝加哥大学冶金实验室的事迹，以及在1945至1953年间担任圣路易斯华盛顿大学校长的经历也为人熟知。1919年，康普顿成为首批受美国国家科学研究委员会资助出外留学的学生，前往英国剑桥大学的卡文迪许实验室深造。在那里，他研究了伽马射线的散射与吸收。他在日后发现的康普顿效应正是基于这些研究。此外，他还利用X射线研究了铁磁性与