W latach 1879–1887 był profesorem fizyki (Cavendish Professor of Physics) w Cambridge. Od roku 1887 wykładał na Uniwersytecie Londyńskim.
Obszar badań
Prowadził prace badawcze z zakresu gęstości gazów, promieniowania cieplnego, dokładnego oznaczenia jednostek elektrycznych i inne. W 1894 r. razem z Williamem Ramseyem odkrył argon. Opisał m.in. zjawiska rozpraszania światła na cząsteczkach mniejszych od długości jego fali (tzw. rozpraszanie Rayleigha) oraz fale powstające przy trzęsieniach ziemi (tzw. fale Rayleigha). Jego imieniem nazywane jest kryterium pozwalające odróżnić od siebie dwie linie widmowe światła.
Wyróżnienia, odznaczenia i upamiętnienie
Za swoje badania otrzymał wiele odznaczeń: Royal Medal (1882 r.), Medal Mateucciego (1894 r.), Medal Copleya (1899 r.) i Medal Rumforda (w latach 1914 i 1920 – pośmiertnie). Lord Rayleigh został również laureatem Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki w roku 1904 „za badanie gęstości większości znanych gazów i odkrycie argonu”. Na jego cześć zostały nazwane kratery na Marsie i Księżycu.