在理论物理学上，杨振宁创造了许多辉煌，他的最高成就是1954年与R·L·密耳斯共同提出杨-密耳斯规范场理论，开辟了非阿贝耳规范场的新研究领域，为现代规范场打下了基础。它被世界物理学家们公认为是二十世纪最伟大的理论结构之一，是继麦克斯韦的电磁场理论、爱因斯坦的引力场理论和狄拉克的量子理论之后的最为重要的物理理论。杨振宁的另一杰出贡献是1956年与李政道合作提出弱相互作用下，宇称不守恒”，从而推翻了原来被认为适用于一切相互作用的宇称守恒定律”，而这个宇称守恒定律”，本来是被视作物理学的基本定律的，他们因此获得了1957年的诺贝尔物理奖，一项科学成果，在发表的第二年就获得诺贝尔奖，这是第一次。杨振宁对理论物理学的贡献范围很广，包括基本粒子、统计力学和凝聚态物理学等领域，对理论结构和唯象分析，他也有多方面的贡献，他的工作有特殊的风格：独立性与创建性强，眼光深远，他近年来另一个重要工作——Yang-Baxter方程受到了数学家和物理学家的密切关注，并成为最热门的研究题目。