av 1939 Spencer blev en av världens ledande experter inom radar tube design. Spencer arbetat på Raytheon, en entreprenör för US Department of Defense, chef för power tube division. Under arbetet på Raytheon utvecklade Spencer ett effektivare sätt att tillverka magnetroner, vilket ökar produktionen från 100 till 2600 magnetroner per dag. Med sitt rykte och expertis lyckades Spencer hjälpa Raytheon att vinna ett regeringskontrakt för att utveckla och producera stridsradarutrustning för MIT: s strålningslaboratorium., Detta var av stor betydelse för de allierade under andra världskriget och blev militärens näst högsta prioriterade projekt under andra världskriget, bakom Manhattan-projektet. För sitt arbete tilldelades han Distinguished Public Service Award av US Navy.

en dag när han byggde magnetroner stod Spencer framför en aktiv radaruppsättning när han märkte att godiset han hade i fickan hade smält. Spencer var inte den första som märkte detta fenomen, men han var den första som undersökte det., Han bestämde sig för att experimentera med mat, inklusive popcornkärnor, som blev världens första mikrovågade popcorn. I ett annat experiment placerades ett ägg i en tekokare och magnetronen placerades direkt ovanför den. Resultatet var att ägget exploderade inför en av hans medarbetare, som tittade i vattenkokaren för att observera. Spencer skapade sedan den första sanna mikrovågsugnen genom att fästa en elektromagnetisk fältgenerator med hög densitet till en sluten metalllåda. Magnetron emitterade mikrovågor i metallboxen som blockerar all flykt, vilket möjliggör kontrollerade och säkra experiment., Han placerade sedan olika matvaror i lådan, samtidigt som man observerade effekter och övervakningstemperaturer.

Raytheon lämnade in ett amerikanskt patent den 8 oktober 1945, för en mikrovågsugn, så småningom heter Radarange. I 1947 var den första kommersiellt producerade mikrovågsugnen ca 6 fot lång, vägde ca 750 lbs och kostar ca $5,000 USD. 1967 var den första relativt prisvärda ($495) och rimligt stora (counter-top) mikrovågsugnen tillgänglig för försäljning.

Spencer blev Senior Vice President och Senior styrelseledamot i Raytheon., Han fick 300 patent under sin karriär, och en byggnad på Raytheon Missile Defense Center i Woburn, Massachusetts, namnges till hans ära. Andra prestationer och utmärkelser, förutom Framstående Offentlig Service Award, ingår ett medlemskap i Institute of Radio Engineers, Gemenskap i American Academy of Arts and Sciences, och ett Hedersdoktorat i Naturvetenskap från University of Massachusetts, trots att ingen formell utbildning.

för sin uppfinning fick Spencer inga royalties, men han betalades en engångs $2.,00 gottgörelse från Raytheon, samma token betalning företaget gjort till alla uppfinnare på sin lön vid den tiden för företagets patent.