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宇宙射线，并发现：铁磁性是电子自旋排列的宏观表现；宇宙射线主要由带正电的粒子组成。第二次世界大战期间，康普顿是曼哈顿计划的关键人物。他的报告对于计划的实施非常重要。1