Учёный создал ряд лазеров различных типов: лазер на основе двухквантовых переходов, ряд непрерывных лазеров и лазеров в ИК-области, мощный газодинамический лазер. В 1964 году Александр Михайлович вместе с коллегами Николаем Геннадьевичем Басовым и Чарлзом Хардом Таунсом получили Нобелевскую премию по физике за основополагающую работу в области квантовой электроники, которая и привела к созданию лазера и мазера.
На Физтехе Александр Прохоров заведовал кафедрой лазерной физики.
