Pada tahun 1924, Appleton memulai penelitian dalam kekuatan sinyal radio yang diterima di Cambridge dari stasiun radio milik BBC di London. Ia segera menemukan bahwa kekuatan sinyal itu konstan sepanjang hari namun bervariasi selama malam, naik-turun. Ia mengatakan bahwa, pada malam hari, peralatan di Cambridge tak hanya menerima 1 melainkan 2 gelombang, 1 berjalan langsung dan 1 dipantulkan oleh atmosfer. Keberadaan lapisan pemantul pertama kali dikumandangkan sekitar 40 tahun yang lalu oleh Balfour Stewart. Pada tahun 1902, Oliver Heaviside dan Arthur Kennelly secara independen mempostulatkan teori lapisan konduksi di atmosfer: lapisan Kennelly-Heaviside.
Menggunakan pemancar BBC, Appleton melakukan penelitian untuk membuktikan bahwa lapisan ini ada dan kedudukan serta ketinggiannya di atas tanah ditentukan. Namun, penelitian itu lebih banyak menciptakan pertanyaan daripada jawaban. Pada tahun 1926, Appleton menemukan lapisan lain setinggi 250–350 km yang memantulkan balik panjang gelombang yang lebih pendek di saat seperti makam, dan bahwa gelombang itu dipantulkan balik dengan kekuatan lebih besar daripada lapisan Heaviside. Appleton menyadari bahwa lapisan itu bertanggung jawab memantulkan gelombang radio pendek di seantero dunia - 'lapisan Appleton' - yang kini memungkinkan komunikasi dengan Australia dan Amerika Serikat.
