Pada tahun 1951 ketika duduk di bangku sebuah taman, gagasan mengenai maser (microwave amplification by stimulated emission of radiation atau penguatan gelombang mikro oleh pemancaran radiasi yang terstimulasi) muncul dalam benaknya sebagai suatu cara untuk menghasilkan gelombang mikro berintensitas tinggi, dan pada tahun 1953 maser pertama mulai bekerja. Dalam peranti ini molekulamoniak dinaikkan ke tingkat vibrasional tereksitasi, lalu dimasukkan ke rongga resonan; di sini, seperti pada laser, pemancaran terstimulasi ditimbulkan sehingga menghasilkan kelompok foton yang panjang gelombangnya sama, dalam hal ini sama dengan 1,25 cm pada spektrum gelombang mikro. "Jam atom" berketelitian tinggi dibuat menurut konsep ini, dan penguatan maser zat padat dipakai juga dalam bidang semacam radioastronomi.
Pada tahun 1958, Townes dan Arthur L. Schawlow menarik perhatian orang melalui makalah yang mengemukakan bahwa skema yang sama bisa dilaksanakan dalam daerah panjang gelombang optik. Sebelumnya, Gordon Gould, seorang mahasiswa pascasarjana di Universitas Columbia telah menyimpulkan hal yang sama, tetapi ia tak menerbitkan hasil perhitungannya saat itu juga, karena ia mencari paten.
Townes menikahi istrinya Frances H. Brown pada tahun 1941.[1] Mereka tinggal di Berkeley, California.[1] Mereka memiliki empat anak perempuan, Linda Rosenwein, Ellen Anderson, Carla Kessler, dan Holly Townes.[1]
Townes meninggal pada usia 99 di Berkeley, California pada tanggal 27 Januari 2015.[2]
