Pada tahun 1912, Max Theodor Felix von Laue melaporkan difraksi sinar X dengan sebuah kristal (sehingga ia menerima Hadiah Nobel Fisika pada tahun 1914). Bersama ayahnya, Lawrence-yang saat itu mahasiswadoktoral dengan J.J. Thomson di Cambridge-segera mulai menjelajahi fenomena ini. Mereka memiliki minat dan kemampuan berbeda pada kolaborasi itu. William Lawrence sendiri lebih tertarik pada apa yang diungkapkan sinar X mengenai keadaan kristal, dan ia memiliki kemampuan kuat untuk mengkonseptualisasikan masalah-masalah fisika dan mengekspresikannya secara matematis. Kristal anorganik sederhana seperti natrium klorida ialah subyek dalam studi awal kristalografi sinar-X. Di sini hasil yang mengejutkan ialah dalam keadaan padatsenyawa ion tersebut tak tampak seperti ion negatif dan positif yang saling berpasangan. Sebagai contoh, sodium klorida, tak tampak sebagai kesatuan NaCl; daripada Na dan Cl yang bergantian dalam mode teratur dalam kisi-kisi kristal.
Namun karya pada kristalografi sinar X tertunda selama Perang Dunia I, dan Bragg berdua menjabat sebagai penasihat ilmiah bagi militer AS—khususnya pada masalah deteksi bawah laut. Setelah PD I, William Lawrence memulai karier akademiknya, menyusul langkah Ernest Rutherford—pertama di Universitas Manchester dan kemudian di Cavendish Laboratory, Cambridge.
Bragg ayah dan putera itu meneruskan kerja mereka pada kristalografi sinar X dan membangun program untuk mahasiswa doktoral dan pascadoktoral. Di bawah kepemimpinan mereka bidang ini berpindah ke bidang studi seperti struktur logam dan senyawa organik dan kemudian ke kepentingan biokimiawi dan pengobatan.
