Zakres badań Prowadził badania z zakresu promieniowania rentgenowskiego, promieniowania gamma i fizyki molekularnej. W badaniach widma promieni rentgenowskich posługiwał się metodą obracanego kryształu. Uczestniczył w tworzeniu einsteinowskiego opisu światła jako strumienia fotonów (zob. m.in. dualizm korpuskularno-falowy, zjawisko Comptona, fale materii – fale de Broglie’a, równanie Schrödingera). Odegrał ważną rolę w pierwszych etapach rozwoju fizyki jądrowej i badań promieniowania kosmicznego.
Uczestniczył m.in. w debatach organizowanych w czasie przełomowych dla fizyki i chemii pierwszych Kongresów Solvaya, w tym w czasie pierwszego z tych Kongresów, na temat „Promieniowanie i kwanty” (m.in. spektroskopia w zakresie promieniowania X). Został on zorganizowany jesienią 1911 roku w Brukseli, wyłącznie dla wybitnych gości Ernesta Solvaya, indywidualnie zaproszonych do dyskusji; najmłodszym z zaproszonych był Albert Einstein. Maurice de Broglie jest autorem książki Les premiers congres̀ de physique Solvay et l’orientation de la physique depuis 1911.