Hij werd in Widnes geboren en studeerde aan de universiteit van Liverpool. In 1913, nadat hij gewerkt had als assistant aan de universiteiten van Cambridge, Liverpool en King's College in Londen, werd hij tot professor in de natuurwetenschappen benoemd aan de universiteit van Edinburgh, een positie die hij tot aan zijn dood in 1944 behield.

Hij verfijnde de wetten van het gedrag van X-stralen waarbij de stralen door materie gaan. Voor zijn ontdekking van de specifieke x-stralen eigenschappen van de scheikundige elementen kreeg ij in 1917 de Nobelprijs fysica. Datzelfde jaar werd hij door de Royal Society beloond met de Hughes Medal.