Το 1924 με τη βοήθεια του BBC, έθεσε σε εφαρμογή για πρώτη φορά το ραντάρ. Το 1936, μετά από 12 χρόνια έρευνας στο Πανεπιστήμιο του Λονδίνου, ανακάλυψε τη μόνιμη ιονοσφαιρική ζώνη F_2 (σε ύψος 225 έως 400 χιλιόμετρα, που σήμερα ονομάζεται ζώνη ή στρώμα του Άπλετον). Το στρώμα αυτό αποτελείται από ιόντα και αντανακλά βραχέα κύματα.
Στη συνέχεια κατέγραψε τις ραδιοφωνικές αντηχήσεις σε καθοδικό παλμογράφο. Με αυτό το επίτευγμα συνέβαλε στην ανακάλυψη της τεχνικής του «ραντάρ» για την ανίχνευση αεροσκαφών, που αναπτύχθηκε ιδιαίτερα κατά τη διάρκεια του Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου.
Για την ανακάλυψη των φορτισμένων με ηλεκτρισμό στρωμάτων μορίων του άνω μέρους της ατμόσφαιρας δόθηκε το όνομά του στο τμήμα F2 της «ιονόσφαιρας». Το 1947 τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής για την ανακάλυψή του αυτή. (Το στρώμα F_1 βρίσκεται σε ύψος 200 ως 300 χιλιόμετρα και υπάρχει μόνο την ημέρα).
