学研究领域广泛，他在统计力学、粒子物理学理论和量子场理论等方面都取得了杰出成就，特别是他和李政道合作期间成果丰硕。其中，他最重要的贡献有3项，分别是1954年与学生罗伯特·米尔斯合作的杨-米尔斯定律（或曰非阿贝尔规范场理论）、1956年与李政道合作的宇称不守恒定律和1967年的杨-巴克斯特方程。杨振宁90岁寿辰时，清华大学模仿“朗道十诫”，送给他一块4个侧面刻满其13项主要物理学贡献的黑色大理石立方体作为寿礼。不过与朗道获得的大石板不同，杨振宁的大理石只有手掌大小。
规范场理论