1966年开始，丁肇中领导的实验小组进行了一连串关于量子电动力学和矢量介子 (vector meson) 的实验工作，不但加深了人类对矢量介子的认识，还证实了量子电动力学的正确性。1972-74年，小组在美国布鲁海文国家实验室进行实验，发现了第四种夸克(quark)。1979年他与中科院高能所唐孝威等科学家合作，发现用来传播夸克之间的力的胶子 (gluon)。 1974年，丁肇中与美国加州史丹福大学教授伯顿·里克特几乎同时各自发现新的复合粒子－J/ψ介子。1976年，两位教授因此获得诺贝尔物理学