Od 1912 prowadził badania nad dyfrakcją promieni rentgenowskich w kryształach; na podstawie tych eksperymentów jego ojciec zbudował spektrometr rentgenowski, pozwalający na badania właściwości kryształów. W 1915 wraz ze swoim ojcem otrzymał nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Miał wówczas 25 lat; jest dotychczas (2017) najmłodszym laureatem Nagrody Nobla z dziedziny fizyki w historii.

W następnych latach był profesorem w Victoria University of Manchester (1919–1937, Langworthy Professor of Physics) i w University of Cambridge (UC) (1938–1953, Cavendish Professor of Physics); w latach 1938–1953 kierował w UC Laboratorium Cavendisha (jako administrator).

Publikacje Jest m.in. autorem książek: 1915: X Rays and Crystal Structure (z Williamem Braggiem), 1930: The Structure of Silicates, 1934: The Crystalline State, 1936: Electricity, 1937: Atomic Structure of Minerals.

Nagrody i wyróżnienia Został członkiem Royal Society w roku 1921.