Первые работы Брэгга посвящены определению длины пробега a-частиц и создаваемой ими удельной ионизации на разных расстояниях от источника излучения (кривая Брэгга). В 1912 совместно с У.Л.Брэггом впервые использовал дифракцию рентгеновских лучей на кристаллах для исследования кристаллических структур. Анализируя отражение монохроматического рентгеновского излучения от различных сечений кристаллической решетки, ученые определили характеристики этого излучения и тип симметрии решетки. В 1913 Брэгг сконструировал первый рентгеновский спектрометр. Все эти работы положили начало рентгеноструктурному анализу и рентгеновской спектроскопии.

Во время Первой мировой войны Брэгг выполнял заказы военного ведомства, в частности работал над проблемой обнаружения подводных лодок акустическими методами. В 1920 был возведен в рыцарское достоинство. Награжден медалями Б.Румфорда (1916), Копли (1930). Широкой известностью пользовались популярные лекции Брэгга по различным разделам физики. Умер Брэгг в Лондоне 12 марта 1942.