Ia mulai bekerja diLaboratorium Bell.Penelitiannya dalam fisikabenda padat, khususnyatabung vakum, membuat banyak kemajuan teoretis dalam tujuan perusahaan untuk menggunakantombolelektronik untuk kantortelepon sebagai pengganti tombol mekanik yang masih dipakai sampai saat itu. SelamaPD II, Shockley bekerja untuk proyekmiliter, khususnya memperhalus sistemradar. Begituperang berakhir, ia kembali meneliti benda padat, kini mengamatisemikonduktor.
Salah satu sumbangannya dalam bidangindustrielektronika ialah penerapan teori kuantum pada perkembangan semikonduktor. Pada1947, dengan koleganya John Bardeen danWalter Brattain, ia membuat alat semikonduktor pengeras pertama. Mereka menyebutnyatransistor (dari transfer dan resistor). Shockley membuat kemajuan di bidang itu pada1950 yang membuatnya mudah diproduksi. Gagasannya yang orisinal akhinya menimbulkan pengembangankeping silikon. Shockley, Bardeen, danBrattain memenangkanPenghargaan Nobel dalam Fisika1956 untuk pengembangan transistor, yang memungkinkan alat-alat elektronik dibuat lebih kecil, jelas, malahan murah.
Ia meninggalkanBell Labs pada1955 dan menjabat sebagaiprofesor pengunjung dan penasihat ahli di sejumlahperguruan tinggi danperusahaan. Ia membangunlaboratoriumnya sendiri untuk mengembangkan transistor dan peralatan lain. Namun akhirnya bisnis itubangkrut pada1968. Pada1963, Shockley diangkat sebagaiguru besarteknik diUniversitas Stanford dan mengajar sampai1975. Pengajaran membuatnya berpikir banyak tentang dirinya sendiri mengenai proses berpikir dan bagaimana pemikiran ilmiah bisa ditingkatkan. Ia mengemukakan bahwa masa depanpenduduk terancam karena orang-orang ber-IQ rendah memiliki lebih banyakanak daripada orang yang ber-IQ tinggi. Pandangannya menuai kontroversi dan terdengarrasis. Saat orang terus menghormati prestasinya dalam fisika dan teknik, banyak tokoh umum danilmuwan menjelaskan bahwa "sumbangannya dalam fisika tidak memberi kepercayaan ilmiah atas pendapatnya mengenaigenetika."
