在理論物理學上，楊振寧創造了許多輝煌，他的最高成就是1954年與R·L·密耳斯共同提出楊-密耳斯規範場理論，開闢了非阿貝耳規範場的新研究領域，為現代規範場打下了基礎。它被世界物理學家們公認為是二十世紀最偉大的理論結構之一，是繼麥克斯韋的電磁場理論、愛因斯坦的引力場理論和狄拉克的量子理論之後的最為重要的物理理論。楊振寧的另一傑出貢獻是1956年與李政道合作提出弱相互作用下，宇稱不守恆”，從而推翻了原來被認為適用於一切相互作用的宇稱守恆定律”，而這個宇稱守恆定律”，本來是被視作物理學的基本定律的，他們因此獲得了1957年的諾貝爾物理獎，一項科學成果，在發表的第二年就獲得諾貝爾獎，這是第一次。楊振寧對理論物理學的貢獻範圍很廣，包括基本粒子、統計力學和凝聚態物理學等領域，對理論結構和唯象分析，他也有多方面的貢獻，他的工作有特殊的風格：獨立性與建立性強，眼光深遠，他近年來另一個重要工作——Yang-Baxter方程受到了數學家和物理學家的密切關注，併成為最熱門的研究題目。
