У 1932 Шеннон вступив до Мічиганського Університету і здобув вищу освіту в 1936 році з двома ступенями бакалавра, один з електротехніки і другий математики, потім почав дослідження дипломованого фахівця в Массачусетському технологічному інституті, де він продовжив роботу над диференціальним аналізатором Венневера Буша, своєрідним аналоговим комп'ютером.

Вивчаючи складні спеціальні канали диференціального аналізатора, Шеннон бачив, що поняття Була можна використати із більшою користю. За свою дисертацію «Символічний аналіз реле і каналів, що перемикаються», була опублікована в 1938 році і за неї Шеннон отримав Приз Альфреда Нобеля в 1940 р.

У цій роботі Шеннон довів, що Булеву алгебру і двійкову арифметику можна використовувати, щоб спростити розташування електромеханічних реле, які тоді використовувалися у телефонах. Шеннон також довів, що можна використовувати розміщення реле для вирішення проблеми Булевої алгебри. Використання цієї властивості електричних вимикачів є базовою логічною концепцією, яка лежить в основі всіх електронних цифрових комп'ютерів.

У 1940, Шеннон став Національним Науковим Співробітником у Інституті Перспективних Досліджень в Прінстоні, Нью-Джерсі. Там Шеннон мав можливість обговорити свої ідеї з впливовими ученими і математиками, такими як Джон фон Нейман, і навіть один раз зустрівся з Альбертом Ейнштейном.

Після цього Шеннон вступив до Bell Labs, щоб продовжити працювати над системою боротьби з лісовими пожежами ікриптографією під час Другої світової війни, підписавши контракт з Національним Комітетом з Дослідження Захисту (англ.National Defense Research Committee, NDRC).

Робота Шеннона «Теорія зв'язку в таємних системах» (1945) з грифом таємно, яку розсекретили і опублікували тільки в 1949 році, стала початком широких досліджень в теорії кодування і передачі інформації. Ця робота за загальною думкою, надала криптографії статус науки. Саме Клод Шеннон вперше почав вивчати криптографію, використовуючи системний підхід.

В цій статті Шеннон визначив основоположні поняття теорії криптографії, без яких криптографія вже не мислима. Важливою заслугою Шеннона є дослідження абсолютно таємних систем і доведення їх існування, а також існування криптостійких шифрів і необхідні для цього вимоги. Шеннон також сформулював основні вимоги, які ставляться до надійних шифрів. Він ввів поняття розсіювання і змішування, які вже стали звичними, і методи створення систем шифрування на основі простих операцій. Ця стаття є відправною точкою вивчення криптографії.

Стаття «Математична теорія зв'язку» була опублікована в 1948 році і зробила Клода Шеннона всесвітньо відомим. В ній Шеннон виклав свої ідеї, які стали в майбутньому основою сучасних теорій і технологій обробки, передачі і зберігання інформації. Результати його робіт у галузі передачі інформації каналами зв'язку спричинили по всьому світу велику кількість досліджень. Шеннон повідомив ідеї Хартлі і ввів поняття інформації, яка міститься в повідомлені, що передається (далі за текстом — повідомлення). В якості міри інформації повідомлення М. Хартлі запропонував використовувати логарифмічну функцію .

Шеннон першим почав розглядати повідомлення і шуми в канал зв'язку з точки зору статистики, розглядаючи як кінцеві множини повідомлень, так і неперервні множини повідомлень. Розвинута Шенноном теорія інформації допомогла вирішити гоовні проблеми, пов'язані з передачею повідомлень, а саме: усунути надлишковістьповідомлень, виконати кодування і передачу повідомлень каналами зв'язку з шумами. Вирішення проблеми надлишковості повідомлення, яке підлягає передачі дозволяє максимально ефективно використовувати канал зв'язку.

Наприклад, сучасні широко використовувані методи зниження надлишковості в системах телебачення на сьогоднішній день дозволяють передавати до шести цифрових програм комерційного ТБ у смузі частот, яку займає звичайний сигнал аналогового телебачення. Вирішення проблеми передачі повідомлення каналами зв'язку з шумами при заданому відношенні потужності корисного сигналу до потужності сигналу перешкоди в місті прийому дозволяє передавати каналом зв'язку повідомлення з задано малою ймовірністю помилкової передачі повідомлення. Також це відношення визначає пропускну можливість каналу. Це забезпечується використання стійкиїх до перешкод кодів, при цьому швидкість передачі повідомлень даним каналом повинна бути нижче його пропускної здатності.

У своїх роботах Шеннон довів принципову можливість вирішення означених проблем, це було справжньою сенсацією в наукових колах 40-х років. Дана робота, як і роботи, в яких досліджувалася потенційна перешкодостійкість, дали початок великій кількості досліджень, які продовжуються і по цей час — вже більш ніж півстоліття. Вчені з Радянського Союзу і США (Пінскер, Хінчин, Добрушин, Колмогоров; США — Галлахер, Вольфовиц, Фейнштейн) дали строге трактування теорії викладеної Шенноном. На сьогоднішній день всі системи цифрового зв'язку проектуються на основі фундаментальних принципів і законів передачі інформації, розроблених Шенноном. Відповідно до теорії інформації спочатку з повідомлення усувається надлишковість, потім інформація кодується за допомогою стійких до перешкод кодів, і тільки потім передається каналом користувачу. Значно була скорочена надлишковість телевізійних, мовних і факсимільних повідомлень саме завдяки теорії інформації.

Велика кількість досліджень була присвячена створенню кодів, які є стійкими до перешкод і простих кодів декодування повідомлень. Дослідження проведені за останні п'ятдесят років взято за основу створеної Рекомендації МСЕ з використання перешкодостійкого кодування і методів кодування джерел інформації в сучасних цифрових системах.

Будь-який канал з шумом характеризується максимальною швидкістю передачі повідомлення, ця межа названа в честь Шеннона. При передачі інформації зі швидкостями, які перевищують цю межу, відбувається невідворотнє спотворення даних, але знизу до цієї межі можна наближатися з необхідною точністю, забезпечуючи задано малу ймовірність помилки передачі інформації в зашумленому каналі.