楊振寧主要從事統(tǒng)計(jì)力學(xué)、量子場論、凝聚態(tài)物理、基本粒子物理方面的研究。他對理論物理學(xué)的貢獻(xiàn)范圍很廣。在粒子物理學(xué)方面，他最杰出的貢獻(xiàn)是1954年與密爾斯共同提出楊-密爾斯場理論，開辟了非阿貝爾規(guī)范場的新研究領(lǐng)域，為現(xiàn)代規(guī)范場理論打下了基礎(chǔ)。另一項(xiàng)杰出貢獻(xiàn)是：1956年和李政道合作，深入研究了當(dāng)時(shí)令人困惑的θ-τ之謎，提出很可能在弱相互作用中宇稱不守恒。次年，這一理論預(yù)見得到吳健雄小組的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。為此，楊振寧和李政道獲得了1957年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。此外，1949年提出了基本粒子的第一個(gè)復(fù)合模型──費(fèi)米-楊模型。1957年與李政道合作提出二分量中微子理論;與李政道和奧赫梅合作提出在β衰變中不僅宇稱不守恒，而且電荷共軛也不守恒;與李政道合作、與朗道和薩拉姆各自獨(dú)立地提出在弱相互作用中組合宇稱(CP)守恒的假設(shè)。1959-1962年，與李政道合作實(shí)驗(yàn)分析高能中微子和W粒子的研究。1974年-1975年與吳大峻合作提出規(guī)范場的積分形式理論以及規(guī)范場與纖維叢的關(guān)系。1967-1985年與鄒祖德合作提出高能碰撞理論等。在統(tǒng)計(jì)力學(xué)方面，1952年與李政道合作提出關(guān)于相變的理論。1966-1969年間與楊振平合作得到關(guān)于數(shù)種模型的嚴(yán)格解。在凝聚態(tài)物理方面，1961年與拜爾斯合作對磁通量量子化的解釋，1962年提出非對角長程序觀念等。