1957年，楊振寧和李政道因提出“弱相互作用下的宇稱不守恆”而獲得諾貝爾物理學獎。
然而，這並不是楊振寧一生中最重要的工作。楊振寧和米爾斯於1954年提出的楊—米爾斯規範場論為20世紀後半葉的基礎物理學勾勒出一個基本的框架。
1954年，時年32歲的楊振寧和年輕的博士後米爾斯不期而遇，被分在同一個辦公室工作。正是這一歷史機遇，使他們有機會共同提出了具有劃時代意義的非阿貝爾規範場理論。
“ 他們認為，關於電磁相互作用的微觀理論即量子電動力學，是粒子物理中最成功的一種理論，理論與實驗相比較是驚人地相符，因此可藉助於與量子電動力學的類比，構造出一種別的相互作用也可以適用的新理論。
他們還發展了早些年由德國數學家外爾等提出的規範不變思想，即認為物質性質的對稱性、不變性在物理學中可能有更普遍的意義，認為應該把這種思想同場的研究聯繫起來，並引入數學當中的群來表示場的各種規範變換。以此為基礎，他們開創了規範統一場論的新時代。
然而，當時引入的楊—米爾斯場只是從純粹數學上的要求而引入的，還不知道可以用它來描寫真實世界中的什麼性質，也不知道它有什麼用處。直到1964年以後，人們才在弱相互作用理論的發展中找到了它的用處，原來它就是傳遞弱相互作用的中間玻色子場。
在弱相互作用的理論問題取得一定進展的同時，美國的溫伯格、格拉肖和巴基斯坦的薩拉姆等又試圖把楊—米爾斯場所引入的SU（2）變換擴展為範圍更大的理論，最終他們建立起弱電統一的物理圖景。
另外，規範場理論在對強相互作用的描述上也取得了進展，即人們建立起了量子色動力學。目前，這一理論在許多方面獲得了成功，如可以說明夸克的禁閉現象。”
美國物理學家、諾貝爾獎獲得者塞格雷推崇楊振寧是“全世界幾十年來可以算為全才的三個理論物理學家之一”。
楊振寧的博士論文導師、”氫彈之父”愛德華·特勒
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