Il campo di ricerca di Bragg erano i raggi X. Assieme a suo figlio, William Lawrence Bragg, ha realizzato il primo spettroscopio ai raggi X dando il via ad una nuova scienza per lo studio della struttura cristallina; nel 1913 enunciarono la Legge di Bragg, che permette di determinare la posizione degli atomi in un reticolo cristallino studiando la diffrazione dei raggi X. Per questi studi padre e figlio hanno ricevuto il Premio Nobel per la fisica nel 1915.[1]
Quello stesso anno è diventato professore di fisica all'University College di Londra ma non iniziò ad insegnare prima della fine della Grande guerra. Dopo la guerra ha continuato i suoi studi di analisi dei cristalli.