Em 1924, apresentou uma tese sobre a teoria dos quanta que lhe valeu ser nomeado membro da Academia Henri Poincaré. Dedicando-se, em seguida, ao estudo das teorias relativas à emissão de luz e de ondas, formulou a teoria ondulatória da matéria, segundo a qual, a qualquer corpúsculo em movimento está associada uma onda, estabelecendo assim uma relação entre onda e corpúsculo em movimento. Esta teoria incentivou a investigação no domínio da Física Atómica, que se desenvolveu rapidamente a partir de 1925.

Em 1928 foi nomeado professor de Física Teórica da Sorbone e, em 1929, foi Prémio Nobel da Física.