1920年，康普顿在观察x射线被物质散射时，发现散射线中含有波长发生了变化的成分——散射束中除了有与入射波长 [公式] 相同的射线，还有波长 [公式] 的射线。康普顿假设，在碰撞过程中能量与动量是守恒的，由于反冲，电子带走了一部分能量与动量，散射出去的光量子的能量与动量都相应减小，那么x射线的频率就变低，即波长变长。
假设电子在原子中的束缚很小，近似成自由电子。碰撞前电子速度很小，可看成是静止的。
