Başlangıçtaki çalışmalarını, "genleşmiş gaz içinde boşalma" olayını incelemeye ayırdı. Neon gazı üzerine bir araştırmasında "izotopların varlığı"nı keşfetti.
1. Dünya savaşı sırasında araştırmalarına ara verdi. Bu süre içinde, "teknik asistan" olarak çalıştı ve özellikle meteorolojik faktörlerin uçaklar üzerinde etkisini inceledi.
Savaştan sonra, 1919' da Cambridge'deki Cavendish laboratuarına döndü, izotoplar üzerindeki çalışmalarına devam etti. Bu maksatla 1920' de j. j. Thompson'un kitle spektrografını geliştirdi. Böylece, neon izotopları konusunu kesin olarak çözdü.
Klor ve diğer bazı elementlerin izotoplarını da buldu. Oksijen atom kitlesinin 16 olduğu ağırlık sisteminde, bütün atomların kitlelerinin tam sayılara çok yakın olduğunu ortaya çıkardı. 1922' de "İzotoplar" adlı eseriyle Nobel kimya ödülünü Soddy ile beraber kazandı.
Francis William Aston, 1945' de Londra'da öldü.
