1920～1923年由A.H.康普顿和吴有训发现。康普顿效应可归结为：①原入射方向（散射角）只包含波长为的成分；而的其他散射方向均包含波长为及的两种成分。②波长差，谱线强度随散射角的增大而增加（图a）。③同一散射方向的与散射物质无关，波长为的谱线强度随散射元素的原子序数的增加而减弱（图b）。

康普顿散射的谱线强度分布

经典波动理论无法解释康普顿效应。康普顿利用A.爱因斯坦确立的光子概念，把上述散射效应看成是X射线光子与散射物质中的静止自由电子作弹性碰撞的结果，在理论上导出了波长差与散射角的关系：

式中，称康普顿波长；为电子的静止质量；为普朗克常数。康普顿效应的成功解释为光的量子性又一次提供了有力证据。严格说来物质中的自由电子并不是静止的，被电子散射的X射线光子必须考虑多普勒频移，利用这一效应可了解电子在原子中的运动情况。

在核辐射探测中，康普顿散射产生的电子噪声会降低探测灵敏度和分辨率。也可考虑利用这种康普顿效应来获取物质的内在性质。