由于印度当时是英国的殖民地，印度人倍受歧视，拉曼的研究成果当然遭到了冷遇。他的《光束传播论》在法国物理学会季刊上发表后，才引起各国学者的关注。

1917年，加尔各答大学想聘请他为物理学教授，遭到了英籍教授们的反对，他们不愿和一个印度政府的科员一起共事。拉曼义愤填膺，断然拒绝了大学的邀请。这件事引起很多国家的学者的同情，许多大学邀请他去讲学，大大提高了他在国内外的学术地位，最后，他如愿进入加尔各答大学，成为一名专职教授。

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他在加尔各答工作的十六年间，特别是获得诺贝尔物理学奖以后，不断有学生、教师和访问学者到这里向他学习、沟通和合作，逐渐形成了以他为核心的学术团体，加尔各答也逐渐成为印度的科学研究中心。

1921年夏天，拉曼乘坐轮船在地中海航行，研究海水呈蓝色的原因。之前瑞利曾经得出一个结论，认为“深海的颜色并不是海水的颜色，而是反射天空蓝色的结果”。拉曼经过仔细的测量，滤去天空的反射光线，剩下的海水呈现出更深的蓝色。很显然，海水的颜色并不是天空颜色的反射，而是海水本身的一种属性。拉曼认为这一定起因于水分子对光的散射。回到印度后，拉曼立刻动员很多人在科学教育协会的实验室里开展光的散射实验。他们先是考察各种媒质分子散射时所遵循的规律，选取不同的分子结构、不同的物质、不同的压强与温度，甚至在临界点发生相变时进行散射实验。

1922年，他提出了用量子理论分析散射现象，认为进一步实验有可能鉴别出经典电磁理论和光量子碰撞理论的适用范围。

1923年4月，他的一个学生拉玛纳桑（K.R.Ramanathan）第一次观察到了光散射中颜色改变的现象。实验是以太阳作光源，经紫色滤光片后照射盛有纯水或纯酒精的烧瓶，然后从侧面观察，出乎意料地观察到了很弱的绿色成份。拉玛纳桑把这种现象看作是杂质影响的结果，是杂质造成的二次辐射，和荧光类似。敏锐的拉曼不同意这种看法，如果是杂质影响的结果，在仔细提纯的样品中，就不会出现这种现象。在接下来的两年中，拉曼的另一名学生克利希南（K.S.krishnan）观测了经过提纯的65种液体的散射光，证明都有类似的“弱荧光”。而且他还发现，颜色改变了的散射光是部分偏振的。大家都知道，荧光是一种自然光，不具有偏振性。由此证明，这种波长变化的现象不可能是荧光效应。与此同时，拉曼也在寻求理论上的解释。

1924年，拉曼应邀到美国访问，正值不久前康普顿发现了X射线散射后波长变长的现象，而质疑者正在挑起一场论战。拉曼显然受到康普顿发现的启示，后来把自己的发现看成是“康普顿效应的光学对应”。

拉曼也经历了与康普顿类似的曲折，经过六、七年的探索，才于1928年初作出结论：比较弱又带偏振性的散射光是一种普遍存在的现象。与X射线散射的康普顿效应类似，入射光的频率在发生散射后会出现变化，频率的变化取决于散射物质的特性。拉曼的《一种新的辐射》首次指出散射光中有新的不同波长成分，它和散射物质的结构有密切关系。这个现象后来被称为“拉曼效应”。此外，在振动、声音、乐器、超声学、衍射、气象光学，胶体光学、光电学和X射线衍射等领域，拉曼也都做出了重大贡献。

拉曼把经过散射后频率变化的光线称为“变散射线”。在拉曼和他的合作者宣布这一发现后，立即在科学界引起强烈反响，许多实验室相继重复这一实验，证实并发展了他的成果，1928年发表的有关拉曼效应的论文多达57篇。

钱德拉塞卡拉·文卡塔·拉曼因发现光通过透明物质时波长发生一定变化而获这种现象现称拉曼散射（Raman scattering），是拉曼效应的结果。

1930年，拉曼的贡献达到了新的高峰，他荣获了诺贝尔物理学奖，这是对他在物理学领域做出的卓越贡献的最高国际认可。他的研究成果为科学界带来了深远影响。

1930年，美国光谱学家武德（R.W.Wood）把频率变低的变散射线取名为斯托克斯线，频率变高的称为反斯托克斯线，这种命名一直沿用至今。

1934年，拉曼和其他学者一起创建了印度科学院，并亲任院长。1941年，他获得了富兰克林奖章，进一步证明了他在科学领域的杰出贡献和影响力。1947年，他又创建了拉曼研究所。在发展印度的科学事业上立下了丰功伟绩。然而，拉曼作为一名出色的实验物理学家，在认识上有自身的局限性，他看不起纯粹的理论研究，认为他们是“在科学的死区浪费时间”。