1951年，政道进入普林斯顿高等研究院工作，1953年后就一直在哥伦比亚大学物理系工作。

政道对物理学的贡献是多方面的。曾任美国物理学会主席的德雷尔教授（S.Drell）这样说过：“综观物理学的各个不同领域，很难找到一处没有留下李政道的足迹，他犀利的物理直观和高超的解答难题的能力，为物理学的发展做出了持久而明确的贡献。”[3]

1950年政道在他的博士学位论文中，纠正了当时对于太阳一类恒星的演化过程的错误认识，确立从主序星开始，最终成为白矮星的正确观点。

1951年政道对于二维和三维液体的湍流的研究指出，二维空间的流体没有湍流，湍流只能在三维空间发生。飓风等天气必须有第三维与地面垂直方向的气流才能发生。他的研究成为天气预报的重要基础。

1952年政道和合作者取得了固体物理领域的极化子解，这解直接影响了1957年BCS超导理论[4]。1953年政道解了场论中的盖尔曼-洛重整函数关系方程式[5]。将这解用于后来的色动力学（或杨-米尔斯方程）即可得夸克禁闭的结论。

在统计物理方面，20世纪50年代，政道和杨振宁合作，首次给出了不同相无限大体积系统热力学函数的严格定义。用严格的数学分析证明，在有限系统中，如何通过无限体积的极限，得到所有不同的相、气相、液相和固态相。标志着统计力学对相变问题严格处理的新开端。政道与黄克孙和杨振宁合作，研究了量子玻色硬球系统的位力展开，发明了一种从无限多奇异项的和中得出有限结果的方法，这种方法在当时广泛应用于理论物理的许多领域。

对粒子物理，政道在费米教授的引导下，很早就有重要贡献。1949年他和罗森布鲁斯（M. Rosenbluth）、杨振宁将费米的β衰变理论推广至μ介子，为弱作用这一领域立下了基础性的贡献。

量子场论是研究粒子物理的理论工具，政道初到哥伦比亚大学的第一项工作即是1954年发表的一个可解量子场论模型，称为“李模型”。这项工作对以后的场论和重整化研究产生了很大的影响。

政道和瑙恩伯格（M.Nauenberg）、木下（T.Kinoshita）1964年的工作得出的KLN定理是目前强相互作用实验中不可缺少的定理，也是用高能喷注去发现夸克和胶子的理论基础，四十多年后的今天，一些物理学家仍在研究扩展这一定理。

政道强调高能中微子实验的重要性，并在理论上给出W粒子质量的上、下限。又与杨振宁合作，计算了W粒子在高能中微子束实验中的产生截面。这些都是20世纪60年代寻找W粒子的依据。这一时期受政道影响的一批实验至今仍是弱相互作用的主要信息源。

政道和威克（G.C.Wick）1974年开始研究自发破缺的真空是否可能在一定条件下恢复破缺对称性，他们发现，重离子碰撞中，在原子核大小的尺度上可以局部恢复对称性，而且造成可观测效果。在政道的大力推动下，自20世纪70年代末以来，相对论重离子碰撞的理论和实验研究成为粒子物理中最重要的研究领域。上世纪末，已届古稀之年的政道仍在研究量子色动力学真空和夸克禁闭的关系，提出了有关的理论，并促成了美国布鲁克海文国家实验室建造了相对论重离子对撞机（RHIC），在该对撞机上的实验发现了具有强相互作用的夸克胶子等离子体（sQGP），这一发现很可能是一个新物理时期的开始。

孤子星是非拓扑孤子和广义相对论结合的产物，非拓朴孤子和孤子星这二个领域都是政道分别在1976年和1986年创立的。他又与合作者详细研究了孤子星的特有性质，认为是暗物质、类星体等的理论模型之一。

1983-1985年政道创造了一组新的差分方程式，并严格地证明这一组差分方程式能产生所有物理上应用的、连续性的守恒定律，从经典物理至量子物理和广义相对论。建立了一组颇具革命性的新理论物理基础。

1986年以来，政道在高温超导和碳60的

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