Nakon Nijagarinog uspjeha, Tesla je nastavio svoj omiljeni posao—eksperimentisanje. U svojoj laboratoriji u Grand ulici u New Yorku, Tesla je bio zaokupljen istraživanjem elektriciteta visoke frekvencije.

Više naučnih proboja je već ukazalo na fenomen visoke frekvencije. 1873, James Clerk Maxwell, u Engleskoj, je matematički dokazao da je svjetlo elektromagnetna radijacija- svjetlo je bilo elektricitet, vibrirajući enormno visokom frekvencijom. 1888, Heinrich Hertz iz Njemačke je ekperimentalno potvrdio da električna varnica širi elektromagnetne talase u prostor. Ova otkrića su identifikovala radio talase i izazvala intenzivnu spekulaciju o novim mogućnostima elektriciteta.

Tesla je počeo pretragu za uređajem koji bi ga mogao transportovati u ovu neistraženu teritoriju. Znao je da bi visoke frekvencije imale mnoge tehničke prednosti: lampe bi mogle svjetlije sijati, energija bi mogla biti efikasnije prenošena, i ovo bi sve dovelo do neškodljivog prolaska energije.

Teslin početni cilj je bio da približno odredi frekvenciju sunčeve svjetlosti i kreira lampe revolucionarne svjetlosti i konfiguracije. Ovo će, nadao se, eliminisati Edisonovu električnu lampu s ugljenim vlaknom, koja je iskorištavala samo pet posto moguće energije.

Tesla je počeo svoje istraživanje visoke frekvencije, izgradivši obrtni generator naizmjenične struje koji je mogao raditi većim brzinama, ali kako se približio dvadeset hiljada obrtaja u sekundi, mašine su se počele raspadati, ostavivši ga daleko od cilja. Rješenje je došlo s izvanrednim uređajem i danas poznatim kao Teslin kalem. Patentiran 1891., ovaj pronalazak je radio na svakdašnjih šezdeset obrtaja u sekundi i kročio do ekstremno visokih frekvencija, u stotine hiljada obrtaja u sekundi. Pored visokih frekvencija, kalem je takođe mogao izazvati ekstremno visoke napone.

S visokim frekvencijama, Tesla je razvio neke od prvih neonskih i fluoroscentnih osvjetljenja. Takođe je napravio prve fotografije x-zracima. Ali ova otkrića su blijeda u poređenju s otkrićem, novembra 1890, kad je osvjetlio vakuumsku tubu bežično prenoseći struju kroz  vazduh.