瑞利长期致力于气体密度的研究，他在研究中发现从液态空气中分馏出来的氮气，跟从亚硝酸铵分解得到的氮气，密度存在超过实验误差范围的差异。后来他遇到威廉·拉姆齐，两人决定合作查明这一问题的原因。1894年8月13日，瑞利与拉姆齐宣布他们发现一种新的气体元素氩。之后，在瑞利的协助下，拉姆齐又相继发现了几种新的惰性气体元素。瑞利提出的分子散射公式解释了“天空为什么是蓝的”，被称为瑞利散射定律。他还提出了瑞利准则。
荣誉与奖项.瑞利先后获得过皇家奖章（1882年）、马泰乌奇奖章（189