O Κόμπτον και οι συνεργάτες του απέδειξαν ήδη από το 1922 πως η κλασική φυσική δεν μπορούσε να εξηγήσει τη σκέδαση των ακτίνων Χ από τα ηλεκτρόνια. Σύμφωνα με τη συμβατική εξήγηση, το ηλεκτρόνιο ταλαντώνεται όταν οι ακτίνες Χ το χτυπούν. Αμέσως μετά, το ηλεκτρόνιο αποκτά ταχύτητα και αρχίζει να απελευθερώνει ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Ανάλογα με το πόσο καιρό εκτίθεται το ηλεκτρόνιο στην ακτινοβολία και πόσο έντονη είναι αυτή, η ακτινοβολία αυτή θα έχει μια συχνότητα. Ωστόσο, το πείραμα απέδειξε ότι η συχνότητα της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας εξαρτάται αποκλειστικά από τη γωνία σκέδασης. Ως εκ τούτου, η συμβατική εξήγηση δεν ήταν σε θέση να εξηγήσει επαρκώς το συγκεκριμένο φαινόμενο.
Μετρώντας τα μήκη κύματος και την ένταση των σκεδαζόμενων δεσμών και εκτελώντας το πείραμα σε διάφορες γωνίες σκέδασης, ο Κόμπτον μπόρεσε να εντοπίσει δύο κορυφές στη γραφική παράσταση της έντασης σε σχέση με το μήκος κύματος.
Συγκεκριμένα, η πρώτη κορυφή αντιστοιχούσε σε μήκος κύματος λ, που ήταν το μήκος κύματος της αρχικής δέσμης. Η δεύτερη κορυφή αντιστοιχούσε σε μήκος κύματος λ’, του οποίου η σχέση με τη γωνία σκέδασης φαινόταν από τον εξής τύπο:
Να σημειωθεί πως όπου h η σταθερά δράσεως του Πλάνκ, me η μάζα ηρεμίας του ηλεκτρονίου και c η ταχύτητα του φωτός.
Για τη θεωρητική του εξαγωγή διατυπώθηκαν οι ακόλουθες υποθέσεις:
- Η προσπίπτουσα ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία αποτελείται από φωτόνια με ενέργεια που δίνεται από τον τύπο του Πλανκ (E=hν)
- Τα φωτόνια, όντας σωματίδια, σκεδάζονται από ελαφρώς δέσμια ατομικά ηλεκτρόνια
- Τα ηλεκτρόνια κινούνται με σχετικιστικές ταχύτητες
- Η ενέργεια και η ορμή πριν και μετά την σκέδαση είναι διατηρούμενες ποσότητες
Συνεπώς, ο φαινόμενο αυτό αποτελεί μια από τις πρώτες επιτυχίες της κβαντικής θεωρίας εξαιτίας των παραπάνω παραγόντων.
