Főként kvantumelméleti munkáiról és az elektronok hullámtermészetének felfedezéséről ismert.
Broglie 1924-ben, doktori értekezésében fejtette ki forradalmi elméletét az elektronhullámokról, amelyet korábban tudományos folyóiratokban is közölt. Elgondolása, mely szerint az anyagnak atomi méretekben hullámtulajdonságai vannak, Albert Einstein egyik 20 évvel korábbi javaslatán alapult. Einstein vetette fel ugyanis, hogy a rövid hullámhosszú fény bizonyos körülmények között úgy viselkedik, mintha részecskékből állna – ezt kísérletileg 1923-ban igazolták is. Tudományos körökben még éppen csak kezdték elfogadni a fény kettős természetének elvét, amikor Broglie már kiterjesztette e kettős jelleget az anyagra.
Csak 1927-ben találták meg az elektron hullámtermészetének első kísérleti bizonyítékait Clinton Davisson és Lester Germer az Egyesült Államokban, ill. George Thomson Skóciában.
Elismerései