Vào năm 1918, Dempster đã phát triển một quang phổ khối phổ hiện đại đầu tiên, một thiết bị khoa học cho phép các nhà vật lí xác định các hợp chất bằng khối lượng của các nguyên tố trong một mẫu và xác định thành phần đồng vị của các nguyên tố trong một mẫu. Máy đo phổ khối của Dempster đã được chính xác hơn 100 lần so với các phiên bản trước đó và đã thiết lập được lý thuyết cơ bản và thiết kế phổ kế khối phổ vẫn được sử dụng cho đến ngày nay. Nghiên cứu của Dempster về sự nghiệp của ông tập trung vào quang phổ khối và các ứng dụng của nó, dẫn đến năm 1935 để khám phá ra đồng vị 235U.[2][3]. Khả năng gây ra phản ứng dây chuyền hạt nhân phân huỷ nhanh chóng của đồng vị này cho phép phát triển hạt nhân và bom hạt nhân. Dempster cũng được biết đến như là một chuyền gia về tia dương cực.