Professeur à Boston, dans un institut de sourds-muets, Bell se consacre aux recherches acoustiques. La transmission électrique des sons, que C. G. Page avait révélée en Amérique (1837), est alors expérimentée par P. Reis, depuis 1860, en Allemagne. Mais l’appareil de Reis ne transmet, et très imparfaitement, que des sons musicaux. Bell établit la différence entre ces derniers et les vibrations complexes, d’amplitude variable, des sons articulés. Il construit un appareil capable de traduire en oscillations électriques la courbe des vibrations sonores: non seulement la hauteur des sons (Reis), mais le timbre et l’intensité que leur donne la voix. Dans une communication à la Société des ingénieurs télégraphistes de Londres, en 1877, Bell décrit les appareils qu’il a successivement réalisés et modifiés. L’un d’eux, conçu en 1875, a permis la première démonstration du téléphone. Installé dans une pièce, à l’université de Boston, Bell parle devant un transmetteur relié par un circuit électrique à pile au récepteur placé à l’étage au-dessous: la voix est distinctement entendue. Le pavillon acoustique de l’émetteur est muni d’une membrane portant en son centre un disque de fer disposé devant un électro-aimant. Le récepteur possède une membrane identique, mais posée, comme le couvercle d’une boîte, sur un électro-aimant cylindrique.

Bell exécute ensuite un téléphone sans pile; les électro-aimants étant remplacés par un barreau d’acier aimanté. Ce nouveau modèle est présenté, en 1876, à l’exposition de Philadelphie, où Bell montre également un appareil avec émetteur à liquide, celui-là même qui donnera lieu au procès sur la priorité du téléphone, un dispositif semblable ayant été préconisé par Elisha Gray. Bell abandonne d’ailleurs cette formule et, perfectionnant le téléphone magnétique, il adopte l’aimant en fer à cheval, plus efficace que le simple barreau. La première communication à longue distance est alors réalisée, les vibrations étant transportées par le fil télégraphique: Bell parle de Boston et se fait entendre à 22 kilomètres, à l’institut d’Essex (12 févr. 1877). Pour finir, Bell renonce à l’émetteur et au récepteur distincts: le dispositif membrane-aimant, qui leur était commun, est placé dans un cornet en bois, désormais à double usage. Cet appareil est présenté à l’Académie des sciences en 1877. À cette date, Edison a déjà inventé le microphone. L’instrument, perfectionné par Hughes (1878), donne au téléphone sa pleine efficacité. En souvenir de Graham Bell, on désignera sous le nom de bel l’unité de puissance sonore adoptée en 1927.