Carlson mengetahui bahawa banyak makmal penyelidikan syarikat yang lain telah memulakan kerja tentang cara-cara kimia dan haba untuk menyalin kertas dan oleh itu, beliau mula berfikir tentang cara-cara yang lain untuk membuat perkara yang sama. Penyelidikan berbulan-bulan di Perpustakaan Awam New York menyebabkannya menumpukan perhatian kepada kefotokonduksian, satu fenomena yang meningkatkan kekonduksian elektrik bagi sebilangan bahan di bawah keadaan yang tertentu. Secara prinsip, perkara-perkara yang pokok bagi proses tersebut adalah mudah sahaja: apabila cahaya dan bayang-bayang terkena pada sesuatu plat yang mempunyai cas elektrik, bahagian-bahagian yang gelap akan menarik serbuk elektrostatik atau magnet, manakala bahagian-bahagian yang terang akan menolaknya. Jika serbuk itu dapat melakur dengan kertas itu, sebuah salinan yang hampir serupa dengan kertas asal akan dibentuk.

Usaha untuk mengasaskan prinsip-prinsip elektrofotografi mengambil masa Carlson selama 15 tahun, dan beliau mempatenkan setiap perkembangan yang dikembangkannya pada sepanjang tempoh uji kaji. Carlson memfailkan permohonan paten yang pertama pada 18 Oktober 1937. Ujikaji-ujikaji awalnya yang dilakukan dengan sulfur di dapur pangsapurinya amat berasap dan berbau, dan ini menyebabkannya mencari tempat yang lain. Pada masa yang lebih kurang sama, beliau menghidap artritis tulang belakang yang serupa dengan ayahnya. Walaupun demikian, Carlson meneruskan ujikaji-ujikajinya, selain daripada menyertai kursus undang-undang serta menjalani pekerjaan tetapnya.

Untuk memudahkan hal bagi dirinya, Carlson menggajikan Otto Kornei, seorang ahli fizik pendatang yang melarikan diri dari rejim Nazi di Jerman. Mereka memulakan sebuah makmal di bilik belakang di dalam sebuah rumah di Astoria, Queens. Pada 22 Oktober 1938, mereka mencapai satu kejayaan cemerlang yang bersejarah. Kornei menulis perkataan-perkataan 10.-22.-38 ASTORIA. pada slaid mikroskop kaca dengan dakwat India. Mereka kemudian menyediakan sekeping plat zink berlapisan sulfur dan selepas menggelapkan bilik, menggosok-gosok permukaan sulfur dengan sapu tangan untuk menghasilkan cas elektrostatik. Mereka kemudian meletakkan slaid itu pada plat zink, dan mendedahkannya kepada cahaya pijar yang terang. Selepas mengeluarkan slaid itu, mereka menabur serbuk likopodium ke atas permukaan sulfur, meniup serbuk yang berlebihan, dan memindahkan imej yang terbentuk kepada sehelai kertas lilin. Kertas itu kemudian dipanaskan untuk mencairkan lilin dan dengan itu, mereka berjaya mencipta pendua yang hampir sempurna buat pertama kali. Selepas mengulang uji kaji ini beberapa kali, mereka ke luar untuk merayakan kejayaan ini dengan makan tengah hari yang lumayan.