X선 연구를 통해 결정질 물질과 비정질 물질의 이해 및 비정질로부터 결정질 상태로의 전이 연구에 공헌했다. 그는 학술적·직업적인 생애의 대부분을 케임브리지에 있는 매사추세츠공과대학에서 보냈다. 1928년 그곳에서 이학박사학위를 받은 후, 1930년 물리학과 교수로 임명되어 조교수·부교수를 거쳐 정교수가 되었다.

그는 로렌스 브래그와 함께 규산염광물 중 휘석군에 속하는 투휘석에 대해 연구했다. 규산염광물의 이해에 있어 이정표가 된 그들의 X선 분석방법은 규산염광물에서 관찰되는 규소-산소 비의 변화를 설명하는 기초를 제공했다.

후에 워런은 비정질 물질과 결정 내의 불완전성에 대해 관심을 가졌으며, 카본 블랙이 완전한 비정질이 아닌 무질서하게 배열된 2차원적인 층상 구조를 가지고 있다는 것과 금속의 일반적인 물리적 성질은 대부분 결정의 불완전함에 의해 결정된다는 것을 보여주었다.