en 1939 Spencer se convirtió en uno de los principales expertos mundiales en diseño de tubos de radar. Spencer trabajó en Raytheon, un contratista del Departamento de Defensa de los Estados Unidos, como jefe de la división de tubos de potencia. Mientras trabajaba en Raytheon, Spencer desarrolló una forma más eficiente de fabricar magnetrones, aumentando la producción de 100 a 2600 magnetrones por día. Con su reputación y experiencia, Spencer logró ayudar a Raytheon a ganar un contrato gubernamental para desarrollar y producir equipos de radar de combate para el laboratorio de radiación de M. I. T., Esto fue de gran importancia para los aliados de la Segunda Guerra Mundial y se convirtió en el segundo proyecto de mayor prioridad de los militares durante la Segunda Guerra Mundial, detrás del Proyecto Manhattan. Por su trabajo, fue galardonado con el Premio al Servicio Público distinguido de la Marina de los Estados Unidos.

Un día mientras construía magnetrones, Spencer estaba de pie frente a un radar activo cuando notó que la barra de caramelo que tenía en su bolsillo se había derretido. Spencer no fue el PRIMERO en notar este fenómeno, pero fue el PRIMERO en investigarlo., Decidió experimentar con alimentos, incluidos los granos de palomitas de maíz, que se convirtieron en las primeras palomitas de maíz en el microondas del mundo. En otro experimento, se colocó un huevo en una tetera, y el magnetrón se colocó directamente encima de él. El resultado fue la explosión del huevo en la cara de uno de sus compañeros de trabajo, que estaba mirando en la tetera para observar. Spencer luego creó el primer horno de microondas verdadero al conectar un generador de campo electromagnético de alta densidad a una caja metálica cerrada. El magnetrón emitía microondas en la caja metálica bloqueando cualquier escape, permitiendo una experimentación controlada y segura., Luego colocó varios alimentos en la caja, mientras observaba los efectos y monitoreaba las temperaturas.

Raytheon presentó una patente de EE.UU. el 8 de octubre de 1945, para un horno de microondas, finalmente llamado Radarange. En 1947, el primer horno de microondas producido comercialmente era de unos 6 pies de altura, pesaba alrededor de 750 libras y costaba alrededor de 5 5,000 USD. En 1967 el primer horno de microondas relativamente asequible ($495) y de tamaño razonable (encimera) estaba disponible para la venta.

Spencer se convirtió en Vicepresidente Sénior y miembro sénior de la Junta Directiva de Raytheon., Recibió 300 patentes durante su carrera, y un edificio en el Centro de Defensa de misiles Raytheon en Woburn, Massachusetts, lleva su nombre en su honor. Otros logros y premios, además del Premio al Servicio Público distinguido, incluyeron una membresía del Instituto de Ingenieros de Radio, una beca en la Academia Americana de Artes y Ciencias, y un Doctor honorario en Ciencias de la Universidad de Massachusetts, a pesar de no tener educación formal.

Por su invento, Spencer no recibió regalías, pero se le pagó una sola vez 2 2.,00 propina de Raytheon, el mismo pago simbólico que la empresa hizo a todos los inventores en su nómina en ese momento para las patentes de la empresa.