Seine Verbesserungen in Aufbau und Methodik der Experimente führten zu einer deutlichen Steigerung der Messgenauigkeit und zusammen mit der zur gleichen Zeit entwickelten Quantenmechanik zu einem vollständigen Verständnis des Schalenaufbaus der Atome. Er fasste seine Ergebnisse in dem 1923 erschienenen Buch Spektroskopie der Röntgenstrahlen zusammen, einem Klassiker der wissenschaftlichen Literatur. Er wurde 1924 mit dem Nobelpreis für Physik „für seine röntgenspektroskopischen Entdeckungen und Forschungen“ ausgezeichnet.
Nach seinem Wechsel an die Akademie richtete er deren Aktivitäten auf die Kernphysik aus und initiierte den Bau eines Zyklotrons zur Beschleunigung von Deuteronen, eines Hochspannungsgenerators, mehrerer neuer Typen von β-Spektrometern und eines Elektronenmikroskops. Mit dieser Ausrüstung nahm das Institut eine führende Rolle in der Erforschung des Atomkerns und der radioaktiven Strahlungsprozesse ein..