En 1926-34 treballà al Laboratori Cavendish, del Trinity College de Cambridge, on féu recerques en el camp de la física nuclear, juntament amb J.D.Cockcroft, sobre partícules accelerades (protons); per a l’acceleració proposaren un aparell conegut com a generador cascada o de Cockcroft-Walton. Pels seus treballs rebé el premi Nobel de física el 1951, juntament amb Cockcroft. Des del 1934 fins a la jubilació (1974) treballà al Trinity College de Dublín.