Kezdetben főleg elektromosságtani és mágnességtani kérdésekkel, majd a röntgensugarak tanulmányozásával foglalkozott. 1916-ban új színképvonal-sorozatot fedezett fel a röntgen-emissziós spektrumokban, melyet M-sorozatnak nevezett el. Olyan berendezést és módszert dolgozott ki, amely révén pontosan meg lehetett határozni a röntgen-hullámhosszakat. Az uppsalai egyetem fizikaprofesszora lett, itt munkatársaival kimutatta, hogy a röntgensugarak prizmával elhajlíthatók. Később az ultraibolya tartományhoz közeleső gyengébb röntgensugarakat is tanulmányozta. 1937-ben lett a stockholmi egyetem fizikaprofesszora, ebben az évben bízták meg az akkor létrehozott Nobel Fizikai Intézet vezetésével. 1939-64 között a Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Bizottság tagja volt. 1924-ben fizikai Nobel-díjat kapott röntgenspektroszkópiai vizsgálataiért és felfedezéseiért. Stockholmban hunyt el 1978. szeptember 26-án.