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광학과 변광(모든 파가 같은 평면에서 진동하는 빛)에 대한 실험적 연구로 유명하다.

빛이 편광각이라 부르는 각도로 반사면에 부딪힐 때, 반사된 빛은 완전히 편광된다. 브루스터는 편광각과 반사된 물질의 굴절률 사이에 성립하는 간단한 수학적 관계를 발견했다. 이 법칙은 불투명한 물체나 작은 표본을 통해서만 얻을 수 있는 물질의 굴절률을 결정하는 데 유용하다.

에든버러대학교에서 목사가 되기 위한 교육을 받았으나 그의 과학에 대한 관심은 성직자의 길로부터 방향을 바꾸게 했다. 1799년 빛에 대한 연구를 시작했고, 그의 가장 중요한 연구들은 편광, 금속의 반사, 빛의 흡수에 관련된 것이다.

1815년 왕립학회 회원으로 선출되었고, 그 다음해 만화경을 발명했다. 1831년 기사작위를 받았다. 1840년대초 렌즈들을 이용함으로써 2개의 다른 쌍안경 상을 결합시켜 3차원 효과를 만들도록 입체경을 개량시켰다. 그는 영국에서 등대에 가볍고 납작한 프레넬 렌즈를 채용하도록 설득했다. 1838년 성앤드류대학교의 성레오나르드와 성 살바토르 연합 칼리지 학장이 되었고, 1859년 에든버러대학교 총장이 되었다.

출판된 그의 많은 연구성과들 가운데 가장 중요한 것으로 〈광학이론 Treatise on Optics〉(1831)·〈아이작 뉴턴의 삶, 저술, 발견 Memoirs of the Life, Writings and Discoveries of Sir Isaac Newton〉(1855)을 꼽을 수 있다.