Under slutten av sin tid ved Cavendish-laboratoriet ved universitetet i Cambridge, begynte Barkla i 1902 å eksperimentere med røntgenstråling under ledelse av J. J. Thomson. På denne tiden visste man ikke hva denne strålingen bestod av. Man kunne måle om den var "myk" eller "hard", avhengig om den ble mye eller lite absorbert i forskjellige materialer eller gasser. Disse egenskapene ble snart synonyme med at strålingen hadde høy eller lav energi. Målingene ble gjort ved bruk av elektroskop som målte ionisasjonen som strålingen skapte. Denne teknikken gjorde det også mulig å registrere i hvilken retning den gikk.