Felfedezte, hogy az elektronok a fényhullámhoz hasonlóan tudnak szétszóródni, és ez igazolja, hogy az elektronok hullámként és részecskeként is tudnak viselkedni.
Pályafutásának nagy részét a Bell Telephone Laboratories-nál töltötte. Először a hő hatására fémekből kilépő elektronokat vizsgálta, majd az elektromikroszkóp megalkotásában vett részt. 1927-ben Davisson és Lester H. Germer felfedezték, hogy egy fémes kristályról visszaverődő elektronnyaláb a röntgensugárzáshoz és más elektromágneses hullámokhoz hasonló diffrakciós képet hoz létre. Ezzel a kísérlettel jobban meg lehetett érteni szubatomi részecskék kettős természetét, és hasznosnak bizonyult az atommag, az atom- és molekulaszerkezet tanulmányozásában.
Elismerései