Nach Abschluss der Schule besuchte er das College von Wooster,
wo sein Vater, Elias Compton, als Dekan und Professor tätig war. Nach
erfolgreicher Graduierung (1913) wechselte Compton an die Princeton University,
um dort Physik zu studieren. Hier erwarb er 1914 seinen Master Degree, zwei
Jahre später folgte der Doktortitel. Nach einer Tätigkeit in der
freien Wirtschaft arbeitete er für ein Jahr (1919) an der Cambridge University
(Massachusetts). 1920 erhielt Compton den Ruf der Washington University (Saint
Louis, Missouri). Er wechselte 1923 an die Universität von Chicago. Von
1942 bis 1945 war Compton im Rahmen des Manhattan Projektes Leiter der Plutoniumforschungsabteilung
(zur Erstellung von Atomwaffen). Nach dem 2. Weltkrieg kehrte er nach Saint
Louis (Missouri) zurück. Compton untersuchte um 1922 die Streuung von
monochromatischen Röntgenstrahlen an Kristallen und machte folgende Beobachtung:
Die gestreute Strahlung wies eine geringere Energie und eine größere
Wellenlänge auf, als die Strahlung vor der Streuung. Dieses Versuchsergebnis
deutete er, dass die Wellenlänge hochenergetischer elektromagnetischer
Strahlung sich ändert, wenn sie an Elektronen gestreut wird. Demzufolge,
so folgerte Compton weiter, muss die Strahlung Teilchencharakter besitzen.
Er fand schließlich folgende Erklärung: Röntgenstrahlen setzen
sich, wie andere elektromagnetische Strahlen, aus Lichtquanten oder Photonen
zusammen. Trifft ein Photon, mit einer bestimmten Energie und einem bestimmten
Impuls, auf ein Elektron, dann überträgt es beim Zusammenprall einen
geringen Anteil seiner Energie und seines Impulses auf das Elektron. Das Photon
wird unter einem bestimmten Winkel gegen die Einfallsrichtung abgelenkt, während
das Elektron unter einem anderen Winkel ausweicht (Rückstoßlelektron).
Er hatte hiermit den später nach ihm benannten Compton-Effekt entdeckt.
Nur wenig später gelang es seinem schottischen Kollegen Charles T.R.
Wilson die "ausweichenden" Elektronen mit einer Nebelkammer nachzuweisen.
Für diese Arbeiten teilten sich Compton und Wilson 1927 den Nobelpreis
für Physik. Neben den Arbeiten mit Röntgenstrahlung und Gammastrahlung
beschäftigte sich Compton auch mit Kettenreaktionen und kosmischen Strahlen.
