Compton utførte betydelige arbeider innen en mange områder av fysikken, først og fremst ved bruk av røntgenstråling og gammastråling. Under oppholdet i England 1919-1920 hadde han gjort målinger som indikerte at den spredte strålingen var mindre enn den innkommende, det vil si at den inneholdt lengre bølgelengder. Ifølge den etablerte teorien til J.J. Thomson skulle det ikke skje noen forandring av bølgelengden ved en slik spredningsprosess. For de avgjørende målingene benyttet han monokromatisk, innfallende røntgenstråling og et spektrometer for å måle bølgelengden til den spredte strålingen. I siste halvdel av 1922 måtte han konkludere at den spredte strålingen virkelig hadde en lengre bølgelengde. Denne effekten ble større desto større spredninsgvinkelen var. I tillegg var den uavhengig av materialet som røntgenstrålingen ble spredt mot. Dette var umulig å forklare med klassisk fysikk.