Το φαινόμενο Compton είναι η μεταφορά ενέργειας από το φως και άλλες ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες, όπως οι ακτίνες Χ και οι ακτίνες γάμμα, σε ακίνητα υποατομικά σωματίδια όπως τα ηλεκτρόνια. Αυτό το παρατηρήσιμο φαινόμενο δίνει πίστη στη θεωρία ότι το φως αποτελείται από σωματίδια που ονομάζονται φωτόνια. Η ενέργεια που μεταφέρεται είναι μετρήσιμη και η αλληλεπίδραση συμμορφώνεται με τους νόμους διατήρησης της ενέργειας. Δηλαδή, η συνδυασμένη ενέργεια του φωτονίου και του ηλεκτρονίου πριν από τη σύγκρουση είναι ίση με τη συνδυασμένη ενέργεια των δύο σωματιδίων μετά τη σύγκρουση. Ένα δευτερεύον και σχετικό αποτέλεσμα της σύγκρουσης φωτονίων και ηλεκτρονίων είναι γνωστό ως σκέδαση Compton, η οποία παρατηρείται ως αλλαγή στην κατεύθυνση των φωτονίων μετά τη σύγκρουση καθώς και ως αλλαγή στο μήκος κύματος τους.
Στις αρχές του 20ου αιώνα, ο γνωστός φυσικός, Max Planck, θεώρησε ότι η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια, όπως το ορατό φως και άλλες ακτινοβολίες, αποτελούνταν από μεμονωμένα πακέτα ενέργειας που ονομάζονται φωτόνια. Αυτά τα πακέτα υποτίθεται ότι δεν έχουν μάζα, αλλά έχουν ατομικές φύσεις και, κατά καιρούς, συμπεριφέρονται όπως και μοιράζονται ορισμένες ιδιότητες με άλλα υποατομικά σωματίδια με παρατηρήσιμες μάζες. Μια σειρά πειραμάτων και υπολογισμών οδήγησαν στην αποδοχή αυτής της θεωρίας και όταν το φαινόμενο Compton – η σκέδαση των ηλεκτρονίων λόγω της απορρόφησης ενέργειας από φωτόνια – παρατηρήθηκε και καταγράφηκε από τον φυσικό Arthur Holly Compton το 1923, η θεωρία του Planck ενισχύθηκε περαιτέρω.
Η εργασία του Compton για το φαινόμενο που έγινε γνωστό ως φαινόμενο Compton του χάρισε αργότερα το Νόμπελ Φυσικής. Ο Compton παρατήρησε ότι τα φωτόνια μπορούσαν να μεταδώσουν ενέργεια σε υποατομικά σωματίδια όπως τα ηλεκτρόνια, προκαλώντας τη διασπορά τους ή την απομάκρυνση από τις αρχικές τους θέσεις. Κάτω από ορισμένες συνθήκες, αυτό μπορεί να προκαλέσει τον διαχωρισμό των ηλεκτρονίων από τα μητρικά τους μόρια, τον ιονισμό τους ή την αλλαγή του καθαρού ηλεκτρικού τους φορτίου από ουδέτερο σε θετικό αφαιρώντας το αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόνιο.
Παρατήρησε περαιτέρω ότι μετά τη σύγκρουση, το φωτόνιο εμφάνισε μια αύξηση στο μήκος κύματος, ένα άμεσο αποτέλεσμα της απώλειας ενέργειάς του στο ηλεκτρόνιο και σε σχέση με τη γωνία εκτροπής στην αλλαγή κατεύθυνσης, η οποία είναι γνωστή ως σκέδαση Compton. Αυτή η σχέση ορίζεται από μια εξίσωση γνωστή ως τύπος Compton. Μια συνηθισμένη αναλογία που χρησιμοποιείται για να εξηγήσει το φαινόμενο Compton είναι το χτύπημα ενός συμπλέγματος σταθερών μπάλων του μπιλιάρδου από μια κινούμενη λευκή μπάλα. Η λευκή μπάλα μεταδίδει λίγη ενέργεια στις άλλες μπάλες, οι οποίες διασκορπίζονται καθώς η λευκή μπάλα κινείται προς άλλη κατεύθυνση με μειωμένη ταχύτητα. Ενώ το φως έχει σταθερή ταχύτητα, η μειωμένη ταχύτητα της κυματικής σφαίρας είναι ανάλογη με τη χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση του φωτονίου μετά τη σύγκρουση με ένα ηλεκτρόνιο, η οποία παρουσιάζεται από το μεγαλύτερο μήκος κύματος και όχι από τη μειωμένη ταχύτητά του.