發現
1922～1923年康普頓研究了X射線被較輕物質(石墨、石蠟等)散射後光的成分，發現散射譜線中除了有波長與原波長相同的成分外，還有波長較長的成分。這種散射現象稱為康普頓散射或康普頓效應。康普頓将0.71埃的X光投射到石墨上，然後在不同的角度測量被石墨分子散射的X光強度。當φ=0時，隻有等于入射頻率的單一頻率光。當φ≠0（如45°、90°、135°）時，發現存在兩種頻率的散射光。一種頻率與入射光相同，另一種則頻率比入射光低。後者随角度增加偏離增大。
康普頓效應發現過程在1923年5月的《物理評論》上，A.H.康普頓以《X射線受輕元素散射的量子理論》為題，發表了他所發現的效應，并用光量子假說作出解釋。他寫道（A.H.Compton，Phys.Rev.，21（1923）p.）：“從量子論的觀點看，可以假設：任一特殊的X射線量子不是被輻射器中所有電子散射，而是把它的全部能量耗于某個特殊的電子，這電子轉過來又将射線向某一特殊的方向散射，這個方向與入射束成某個角度。輻射量子路徑的彎折引起動量發生變化。結果，散射電子以等于X射線動量變化的動量反沖。散射射線的能量等于入射射線的能量減去散射電子反沖的動能。由于散射射線應是一完整的量子，其頻率也将和能量同比例地減小。因此，根據量子理論，我們可以期待散射射線的波長比入射射線大，而散射輻射的強度在原始X射線的前進方向要比反方向大，正如實驗測得的那樣。”
康普頓用圖解釋射線方向和強度的分布，根據能量守恒和動量守恒，考慮到相對論效應，波長偏移量，即康普頓偏移公式：
即Δλ=λ-λ0=(2h/mc)sin^2(φ/2)
△λ為入射波長λ0與散射波長λ之差，h為普朗克常數，c為光速m為電子的靜止質量，φ為散射角。
這一簡單的推理對于現代物理學家來說早已成為普通常識，可是，康普頓卻是得來不易的。這類現象的研究曆經了一、二十年、才在1923年由康普頓得出正确結果，而康普頓自己也走了5年的彎路，這段曆史從一個側面說明了現代物理學産生和發展的不平坦曆程。
從上式可知，波長的改變決定于φ，與λ0無關，即對于某一角度，波長改變的絕對值是一定的。入射射線的波長越小，波長變化的相對值就越大。所以，康普頓效應對γ射線要比X射線顯著。曆史正是這樣，早在1904年，英國物理學家伊夫（A.S.Eve）就在研究γ射線的吸收和散射性質時，首先發現了康普頓效應的迹象。鐳管發出γ射線，經散射物散射後投向靜電計。在入射射線或散射射線的途中插一吸收物以檢驗其穿透力。伊夫發現，散射後的射線往往比入射射線要“軟”些。（A.S.Eve，Phil.Mag.8（1904）p.669.）
後來，γ射線的散射問題經過多人研究，英國的弗羅蘭斯（D.C.H.Florance）在1910年獲得了明确結論，證明散射後的二次射線決定于散射角度，與散射物的材料無關，而且散射角越大，吸收系數也越大。
1913年，麥克基爾大學的格雷（J.A.Gray）又重做γ射線實驗，證實了弗羅蘭斯的結論并進一步精确測量了射線強度。他發現：“單色的γ射線被散射後，性質會有所變化。散射角越大，散射射線就越軟。”（J.A.Gray，Phil.Mag.，26（1913）p.611.）所謂射線變軟，實際上就是射線的波長變長，當時尚未判明γ射線的本質，隻好根據實驗現象來表示。
實驗事實明确地擺在物理學家面前，可就是找不到正确的解釋。1919年康普頓也接觸到γ散射問題。他以精确的手段測定了γ射線的波長，确定了散射後波長變長的事實。後來，他又從γ射線散射轉移到X射線散射。钼的Kα線經石墨晶體散射後，用遊離室進行測量不同方位的散射強度。通過康譜頓發表的部分曲線可以看出，X射線散射曲線明顯地有兩個峰值，其中一個波長等于原始射線的波長（不變線），另一個波長變長（變線），變線對不變線的偏離随散射角變化，散射角越大，偏離也越大。
康普頓的學生，從中國赴美留學的吳有訓對康普頓效應的進一步研究和檢驗有很大貢獻，除了針對杜安的否定作了許多有說服力的實驗外，還證實了康普頓效應的普遍性。他測試了多種元素對X射線的散射曲線，結果都滿足康普頓的量子散射公式。康普頓和吳有訓1924年發表的論文題目是：《被輕元素散射時钼Kα線的波長》。（A.H.Comptonand Y.H.Woo，Proc.Nat.Acad.Sei，10（1924）p.27.）他們寫道：“這張圖的重要點在于：從各種材料所得之譜在性質上幾乎完全一緻。每種情況，不變線P都出現在與熒光MoKa線（钼的Kα譜線）相同之處，而變線的峰值，則在允許的實驗誤差範圍内，出現在上述的波長變化量子公式所預計的位置M上。
吳有訓對康普頓效應最突出的貢獻在于測定了X射線散射中變線、不變線的強度比率R随散射物原子序數變化的曲線，證實并發展了康普頓的量子散射理論。
愛因斯坦在肯定康普頓效應中起了特别重要的作用。前面已經提到，1916年愛因斯坦進一步發展了光量子理論。根據他的建議，玻特和蓋革（Geiger）也曾試圖用實驗檢驗經典理論和光量子理論誰對誰非，但沒有成功。當1923年愛因斯坦獲知康普頓實驗的結果之後，他熱忱地宣傳和贊揚康普頓的實驗，多次在會議和報刊上談到它的重要意義。
愛因斯坦還提醒物理學者注意：不要僅僅看到光的粒子性，康普頓在實驗中正是依靠了X射線的波動性測量其波長。他在1924年4月20日的《柏林日報》副刊上發表題為《康普頓實驗》的短文，有這樣一句話：“……最最重要的問題，是要考慮把投射體的性質賦予光的粒子或光量子，究竟還應當走多遠。”（R.S.Shankland（ed.），Scientific Papers of A.H.Compton，Univ.of Chicago Press，（1973））
正是由于愛因斯坦等人的努力，光的波粒二象性迅速獲得了廣泛的承認。
實驗結果：
(1)散射光中除了和原波長λ0相同的譜線外還有λ>λ0的譜線。
(2)波長的改變量Δλ=λ-λ0随散射角φ(散射方向和入射方向之間的夾角)的增大而增加.
(3)對于不同元素的散射物質，在同一散射角下，波長的改變量Δλ相同。波長為λ的散射光強度随散射物原子序數的增加而減小。康普頓利用光子理論成功地解釋了這些實驗結果。X射線的散射是單個電子和單個光子發生彈性碰撞的結果。碰撞前後動量和能量守恒，化簡後得到Δλ=λ-λ0=(2h/m0c)sin^2(φ/2)稱為康普頓散射公式。λ=h/(m0c)稱為電子的康普頓波長。為什麼散射光中還有與入射光波長相同的譜線?内層電子不能當成自由電子。如果光子和這種電子碰撞，相當于和整個原子相碰，碰撞中光子傳給原子的能量很小，幾乎保持自己的能量不變。這樣散射光中就保留了原波長的譜線。由于内層電子的數目随散射物原子序數的增加而增加，所以波長為λ0的強度随之增強，而波長為λ的強度随之減弱。
康普頓散射隻有在入射光的波長與電子的康普頓波長相比拟時，散射才顯著，這就是選用X射線觀察康普頓效應的原因。而在光電效應中，入射光是可見光或紫外光，所以康普頓效應不明顯。
介紹
對康普頓散射現象的研究經曆了一、二十年才得出正确結果。
康普頓效應第一次從實驗上證實了愛因斯坦提出的關于光子具有動量的假設。這在物理學發展史上占有極端重要的位置。光子在介質中和物質微粒相互作用時，可能使得光向任何方向傳播，這種現象叫光的散射．1922年，美國物理學家康普頓在研究石墨中的電子對X射線的散射時發現，有些散射波的波長比入射波的波長略大，他認為這是光子和電子碰撞時，光子的一些能量轉移給了電子，康普頓假設光子和電子、質子這樣的實物粒子一樣，不僅具有能量，也具有動量，碰撞過程中能量守恒，動量也守恒。短波長電磁輻射射入物質而被散射後，在散射波中，除了原波長的波以外，還出現波長增大的波，散射物的原子序數愈大，散射波中波長增大部分的強度和原波長部分的強度之比就愈小。按照這個思想列出方程後求出了散射前後的波長差，結果跟實驗數據完全符合，這樣就證實了他的假設。這種現象叫康普頓效應。
