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사상 최초로 음악·음성 방송을 원거리 송신했다. 온타리오 주 포트호프의 트리니티 학교와 퀘벡 주 레녹스빌의 비숍대학교에서 학업을 마친 페선던은 휘트니 학교의 교장직을 맡아 버뮤다로 가게 되었는데, 그곳에서 과학에 대한 관심을 갖게 되어 결국 교장직을 사임하고 뉴욕 시로 이주했다. 토머스 에디슨 기계제작소에서 기계성능시험 연구원으로 일하던 그는 토머스 에디슨을 만나게 되었고, 1887년 뉴저지 주 오렌지에 있는 에디슨 연구소의 수석 화학연구원이 되었다.

1890년 매사추세츠 주 피츠필드의 웨스팅하우스 공장의 수석 전기기술자로 일했다. 1892년 인디애나 주 웨스트라피엣 소재 퍼듀대학교의 전기공학교수가 되어 이후 교수로 학문연구직의 길을 걷게 되었다. 그후 펜실베이니아의 웨스턴대학교(지금의 피츠버그대학교)의 교수로도 재직했는데 그곳에서 무선통신 분야에 대해 연구했다.

1900년 페선던은 다시 대학을 떠나 당시 무선전신을 일기예보에 응용하려 했던 미국 기상국에서 무선전신에 관련된 여러 가지 실험을 수행했다. 그는 곧 음성송신에 관심을 갖게 되어 음파의 진동에 따라 파동하는 전파를 지속적인 무선주파로 바꾸는 방법을 개발하여 전파의 주파를 음파의 진동으로 변화시킬 수 있게 되었는데, 이것은 진폭변조, 즉 AM의 기본원리가 되었다. 또 페선던은 무선전신에 사용할 수 있을 정도로 민감한 전기분해 무선검파기도 발명했다.

1902년 페선던은 2명의 투자가와 동업하여 내셔널전기신호기회사를 설립해 그의 발명품을 생산했다.

또한 제너럴일렉트릭사의 에른스트 알렉산더슨을 지도하여 5만Hz의 교류발전기를 건설함으로써 무선전신을 현실화시켰고, 그 자신은 곧 매사추세츠 브랜트록에 송신국을 건설했다. 1906년 12월 24일 멀리 버지니아 주 노퍽에 있는 곳에서도 무선기사들은 자신들의 수신기를 통해 브랜트록에서 송신한 연설과 음악을 똑똑히 청취할 수 있었다. 페선던은 같은 해에 브랜트록과 스코틀랜드 사이에 대서양 횡단 송수신 무선전신국을 세웠다. 그밖에도 1902년 고주파 무선전파를 저주파로 변화시키는 원리로 조정이 더욱 쉽고 주파수의 변조도 쉬운 주파수 변환식을 실험·증명하여 라디오 개발에 크게 기여했다. 이 원리는 무선전파의 주파수를 쉽게 맞출 수 있게 하고 상업방송의 발달에 결정적인 역할을 한 초주파수 변환식의 전신이 되었다. 그는 또한 무선방향 측정기, 음향측심기, 잠수함 송신장치, 전함용 터빈 전기장치를 발명한 인물로도 알려져 있다.