Broglie bir Fransız soylusunun ikinci oğluydu.Adını Normandiya'nın küçük bir kasabasından alan Broglie ailesinden 17. yüzyıldan beri yüksek rütbeli subaylar, politikacılar ve diplomatlar yetişmiştir. Louis de Broglie ağabeyi Maurice gibi bilim adamlığını meslek seçerek ailesinin bu geleneğini bozdu. Paris'deki aile malikhanesinde iyi donatılmış bir laboratuvar kuran Maurice de bir fizikçiydi. 

Ve atom çekirdeği üzerindeki deneysel çalışmalara önemli katkıları oldu. Louis fırsat buldukça ağabeyinin çalışmalarına katılıyordu ama ona çekici gelen yalnızca fiziğin kavramsal yönü idi. Kendisini bir deneyciden yada mühendisten çok salt kuramcı, genel ve felsefi görüşleri özellikle çok seven biri diye tanımlar. I. Dünya savaşı sırasında fiziğin, pek az ilgilendiği teknik yönleriyle ilgili bir göreve getirildi.
       Broglie'nin atom fiziğinin sırları, yani bilimin çözülmemiş kavramsal problemleri diye adlandırdığı konuya ilgisi Alman fizikcileri Max Planck,Albert Einstein 'in  çalışmalarına ilşkin olarak ağabeyinden öğrendiği bilgilerden doğdu, ama fiziği meslek olarak seçmesi uzun zaman sonra oldu. 1909'da Sorbonne'da tarih öğrenimini tamaladıktan sonra başladığı kuramsal fizik öğrenimini 1913'te bitirdi. Görevlendirildiği Fransız tarihini araştırma projesinden şiddetli bir fikir ayrılığından sonra çekildi. Ve doktora tezi için fiziğe ilişkin bir konu seçti.
        1924'te sunduğu doktora tezinde Broglie bilim dergilerinde daha önce yayınlanmış olan çığır açıcı elektron dalgaları kuramını geliştirdi. Atom boyutlarındaki maddenin dalga özelliklerine sahip olabileceği düşüncesinin temeli Albert Einstein'in 20 yıl önce yapmış olduğu bir öneride yatıyordu. Einstein burada kısa dalga boylu ışığın kimi koşullar altında sanki parçacıklardan oluşmuş gibi davrandığının gözlenebileceğini öne sürmüştü. Bu düşünce 1923 'te doğrulandı. Ama ışığın ikili niteliği, Broglie'nin maddeye böyle bir ikilik düşüncesi yüklemesiyle birlikte bilim çevrelerinin onayını kazanmaya başlamıştı. 
      Broglie'nin bu önerisi atomdaki elektronların devinimine ilişkin hesapların ortaya çıkardığı bir soruya yanıt getirdi.Deneyler, elektronlerın çekirdek çevresinde devinmekte olması gerektiğini, ama belirlenemeyen nedenlerden ötürü bu devinimde kimi kısıtlamaların bulunduğunu gösteriyordu. Broglie'nin dalga özellikli elektron düşüncesi bu kısıtlamaların açıklanabilmesine olanak sağladı. Çekirdekteki yükün belirlediği sınırlar içinde kalmak durumunda olan bir dalganın sahip olabileceği biçimde belirlenmiş olacak ve atom sınırlarına uyamayan  biçimdeki bir dalga , kendi kendisiyle girişime uğrayarak yok olacaktı. 1923'te Broglie bu görüşü ortaya attığında, parçacık özellikleri iyice belirlenmiş olan elektronun, kimi koşullar altında dalga gibi davranabileceğini gösteren hiçbir kanıt yoktu.
       Doktora tezinin bir kopyası raslantı sonucu Albert Einstein'in eline geçti.Tezi çoşkuyla karşılayan Einstein, Broglie 'nin çalışmasının önemini açıkca vurguladı, ayrıca bu çalışmayı daha da geliştirdi. Böylece Avusturya'lı fizikçi Erwin Schrödinger, bir varsayım olarak ileri sürülen bu dalgalardan haberdar oldu ve bu temeller üzerinde bir matematiksel sistemi, ileride fiziğin temel araçlarından birini oluşturacak olan dalga mekaniğini kurdu.