do roku 1939 se Spencer stal jedním z předních světových odborníků na design radarových trubek. Spencer pracoval v Raytheonu, dodavateli pro americké ministerstvo obrany, jako šéf divize power tube. Při práci na Raytheon, Spencer vyvinul efektivnější způsob výroby magnetrony, zvýšení produkce ze 100 na 2600 magnetrony za den. Se svou pověstí a odborností se Spencerovi podařilo pomoci Raytheonovi vyhrát vládní smlouvu na vývoj a výrobu bojových radarových zařízení pro radiační laboratoř M. I. T., To mělo obrovský význam pro spojence druhé světové války a stalo se druhým nejvyšším prioritním projektem armády během druhé světové války, za projektem Manhattan. Za svou práci získal ocenění Distinguished Public Service Award od amerického námořnictva.

Jednoho dne, zatímco budování magnetrony, Spencer stála v přední části aktivní radar nastavit, když si všiml, candy bar měl v kapse roztál. Spencer nebyl první, kdo si všiml tohoto jevu, ale jako první to prozkoumal., Rozhodl se experimentovat s jídlem, včetně popcornových jader,které se staly prvním popcornem na světě. V dalším experimentu bylo vejce umístěno do čajové konvice a magnetron byl umístěn přímo nad ním. Výsledkem bylo, že vejce explodovalo tváří v tvář jednomu z jeho spolupracovníků, který se díval do konvice, aby ho pozoroval. Spencer pak vytvořil první pravou mikrovlnnou troubu připojením generátoru elektromagnetického pole s vysokou hustotou k uzavřené kovové krabici. Magnetron emitoval mikrovlny do kovové krabice, která blokovala jakýkoli únik, což umožnilo řízené a bezpečné experimentování., Poté umístil do krabice různé potraviny, přičemž pozoroval účinky a monitoroval teploty.

Raytheon podal americký patent 8. října 1945 na mikrovlnnou troubu, nakonec pojmenovanou Radarange. V roce 1947 byla první komerčně vyráběná mikrovlnná trouba vysoká asi 6 stop, vážila asi 750 liber a stála asi 5 000 USD. V roce 1967 byla k dispozici první relativně cenově dostupná ($495) a přiměřeně velká (counter-top) mikrovlnná trouba.

Spencer se stal Senior viceprezidentem a vedoucím členem představenstva společnosti Raytheon., Během své kariéry získal 300 patentů a na jeho počest je pojmenována budova v centru protiraketové obrany Raytheon ve Woburnu v Massachusetts. Další úspěchy a ocenění, kromě Distinguished Public Service Award, včetně členství v Institute of Radio Engineers, Členství v Americké Akademie Umění a Věd a Čestným Doktorem Vědy z University of Massachusetts, i když nemají žádné formální vzdělání.

za svůj vynález nedostal Spencer žádné licenční poplatky, ale byl mu vyplacen jednorázový $2.,00 spropitné od společnosti Raytheon, stejná symbolická platba, kterou společnost v té době provedla všem vynálezcům na své výplatní listině za patenty společnosti.