브래그는 결정에서 X선을 이용한 회절에 관한 법칙으로 유명하다. 브래그의 법칙은 X선이 결정의 격자에 의해 회절되는 방법으로부터, 결정 내부의 원자들의 위치를 계산 가능하게 했다. 그는 1912년 케임브리지에서 학생으로 연구를 시작한 첫해에 이것을 발견했다. 그는 그의 생각을 당시 Leeds에서 X선 분광기를 만들고 있던 그의 아버지와 토의하였다. 이 방법은 많은 다른 형태의 결정을 분석 가능하게 했다. 그러나 아버지와 아들의 공동 연구는 사람들에게 아버지가 연구를 제안한 것으로 오해되었고, 이는 아들을 화나게 하곤 했다고 한다.
단백질 연구
1948년 그는 단백질 구조에 관심을 갖게 되었고 물리학을 이용하여 생물학의 문제들을 해결하는 그룹을 만드는데 부분적 책임을 맡게 되었다. 그는 케임브리지의 케번디시 연구소에서 그의 후원 아래서 일했던 제임스 D. 왓슨과프랜시스 크릭을 지원하여, 그들이 1953년DNA의 구조를 발견하는데 큰 역할을 했다.
