Crookes kehitti Crookesin putket tutkiessaan katodisäteilyä. Hän julkaisi lukuisia kirjoituksia spektroskopiasta ja teki tutkimuksia monista pienemmistä aiheista. Tutkimuksissaan sähkön johtamisesta matalan paineen kaasuissa hän havaitsi, että kun paine alennettiin, negatiivinen elektrodi (katodi) näytti lähettävän säteitä (ns. "katodisäteilyä", jotka nykyään tiedetään olevan vapaiden elektronien virta ja joita käytetään katodisäteilylaitteissa). Kuten nämä esimerkit osoittavat, hän oli edelläkävijä tyhjiöputkien rakentamisessa ja käytössä fysikaalisten ilmiöiden tutkimiseksi. Hän oli seurauksena yksi ensimmäisistä tutkijoista, jotka tutkivat sitä, mitä nyt kutsutaan plasmaksi, ja tunnisti sen neljänneksi aineeksi vuonna 1879. Hän kehitti myös yhden ensimmäisistä ydinradioaktiivisuuden tutkimuksen välineistä, radioarkkitekijän.
spintariskooppi