После того как два брата Александра умерли от туберкулёза, семья решила переехать в Канаду. В 1870 году Беллы обосновались в городе Брантфорд провинции Онтарио. Ещё в Шотландии Белл начал интересоваться возможностью передачи сигнала по каналам электросвязи. В Канаде он продолжил заниматься изобретательством, в частности, создал электрическое фортепиано, приспособленное для передачи музыки по проводам.
В 1873 году Белл получил должность преподавателя физиологии речи в Бостонском университете. В 1882 году получил гражданство США.
С 1885 года жил в поместье в посёлке Бэддек (Новая Шотландия, Канада), в котором помимо него жило множество выходцев из Шотландии. В Бэддеке Белл создал множество своих изобретений, изготовление которых дало работу многим местным жителям. В 1888 году принимал участие в создании Национального географического общества США.
Всеобщую известность Александру Беллу принесло изобретение телефона, но круг его интересов этим не ограничивался. На счету изобретателя восемнадцать собственных патентов и еще десятки в соавторстве с другими учеными. Он был основателем компании American Telephone and Telegraph Company (AT&T), определившей всё дальнейшее развитие телекоммуникационной отрасли в США.
С 1873 года профессор работал над изобретением гармонического телеграфа. Этот прибор должен был по одному телеграфному проводу передавать одновременно семь телеграмм. Использовалось при этом семь пар гибких металлических пластинок. Каждая пара настраивалась на свою частоту. Во время опытов 2 июня 1875 года свободный конец одной из пластинок на передающей стороне линии приварился к контакту. Помощник Белла механик Томас Ватсон пытался устранить эту неисправность и сильно ругался при этом. Белл, находившийся в это время в другой комнате, услышал брань, шедшую по проводам. Белл ухватился за это открытие. Почти год ученый совершенствовал свое изобретение. Заявку на него он подал 14 февраля 1876 года, а 7 марта получил патент. 10 марта 1876 года произошло историческое событие. Впервые человеческую речь передали на расстояние с помощью нового устройства. Белл сказал: «Мистер Ватсон, идите сюда. Вы мне нужны». Речь прошла по 12-метровому проводу, соединяющему квартиру Белла с лабораторией на чердаке. Вскоре изобретатель смог основать собственную «Телефонную компанию Белла» (9 июля 1877 года). В 1881 году открываются первые телефонные станции. Коммутация на них велась вручную, с помощью штекеров, которыми ловко управляли «телефонные барышни».
Так Александр Белл вошёл в историю как изобретатель телефона.
11 июня 2002 года Конгресс США в резолюции № 269 признал, что первенство в этом изобретении всё-таки принадлежит итальянцу Антонио Меуччи, который подал заявку на соответствующий патент в 1871 году, а также то, что Белл потенциально мог иметь доступ к материалам Меуччи. Однако Александр Белл совершал изобретения и в других различных областях.
Фотофон — тоже изобретение Александра Белла. Это прибор для передачи на расстояние звуков с помощью света. Фотофон Белл изобрел вместе с помощницей Сарой Орр 19 февраля 1880 года. 3 июня того же года при помощи своего нового изобретения Белл передал первое беспроводное телефонное сообщение. На фотовон ученый получил целых четыре патента. Однако у нового изобретения были и недостатки: он не мог защитить передачи от внешних помех, например от облаков.
Белл считал фотофон самым важным своим изобретением. Между тем, прошло много лет, прежде чем значимость этого устройства полностью признали. До развития современной волоконной оптики технология безопасной доставки света препятствовала использованию изобретения Белла. Фотофон Белла стал предшественником современных волоконно-оптических линий связи, по которым на сегодня передается большая часть всего мирового телекоммуникационного трафика.
Он в течение некоторого времени пытался сконструировать летательный аппарат. Первые эксперименты относятся к 1899 году, однако самая масштабная попытка покорения небес пришлась на 1907 год. К этому моменту был построен летательный аппарат «Лебедь» — сложнейшая конструкция шириной 8 метров, которая могла взять на борт одного человека. Она состояла из 3393 панелей, подозрительно напоминавших воздушных змеев. Белл разогнал свой летательный аппарат посредством моторной лодки, и он взмыл на высоту около 50 метров. Полёт продолжался до первого порыва ветра. «Лебедь» рухнул в воду, а Белл отказался от дальнейших работ в этом направлении изобретательской деятельности.
Кроме всем известного телефона, Александр Белл создал также один из первых металлодетекторов, который должен был спасти жизнь президенту Джеймсу Гарфилду. На президента было совершено покушение, и врачи никак не могли обнаружить пулю в его теле. Белл предложил использовать своё устройство, которое запищит, обнаружив металлический объект. Президента не успели спасти по одной единственной причине, никто не думал, что устройство будет реагировать на пружины в матрасе дивана, на котором лежал Гарфилд.