從中微子設想的提出到實驗中的證實，中間大約經曆了20年。這是因為，中微子隻參加弱相互作用，不參與電磁相互作用，也不參與強相互作用。中微子穿透物質的能力極強，要探測到它是非常困難的。在研究中，人們還發現中微子的性質是相當古怪的，它的有些方麵像光子，有些方麵又像電子。作為唯一的一種僅僅參與弱相互作用的粒子，它的性質必定反映弱相互作用的規律。實際上，早在1929年，韋爾博士就提出中微子永遠左旋，永遠找不到右旋的鏡像，但30年內人們始終不相信這個理論。現在，宇稱在弱相互作用中不守恒被證實，李政道和楊振寧立刻想到了韋爾博士的理論，並在此基礎上提出二分量中微子理論。
1959年，李政道與楊振寧合作，研究了硬球玻色氣體的分子運動，並提出其運動理論，從而為研究氦Ⅱ的超流動性做出了突出貢獻。同年二人又合作分析了高能中微子的作用，基本確定出此後20多年這方麵大量的實驗和理論工作的方向。可以毫不誇張地說，由於李政道和楊振寧完成了關於宇稱不守恒的研究，給有關微觀研究開創了一個新的時期。60年代，李政道教授的研究更加深入。
1962年李政道與楊振寧合作，研究了帶電矢量介子電磁相互作用的不可重正化性。
1964年李政道又與M.瑙恩伯合作，研究了無(靜止)質量的粒子所參與的過程中，紅外發散可以全部抵消問題。這項工作又稱李政道一M.瑙恩伯定理，或與木下的工作合在一起，稱KLN定理。60年代後期，李政道還提出了場代數理論。到了70年代，李政道教授的科學研究在風格上更顯出獨特性，更加敏捷和大膽了。
李政道提出了一項新理論，認為製造一種新“核物質”的可能性。認為在未來幾年內，可能會產生比鉛重50倍的“超密核子”，同時在理論上推測可能會產生由700至1萬個穩定的質子數的新元素。他計劃用一種新加速器，以重核子來撞擊，設法產生像“晶體”般大的“超密核子”，所產生的原子核將會比原來的大得多。這就是所謂的反常核態理論。他猜想，當兩個鈾的原子核發生碰撞時，核的密度超過正常狀態，也許可能發生反常核現象。他還研究了CP自發破缺的問題。從1975年起，在基本物理的研究中，又發現和研究了非拓撲性孤粒子，並第一次使用了這個概念，先後發表了十幾篇論文，進行了理論上的探討，為這個領域的研究開拓了新的途徑，並建立了強子結構的孤粒子袋模型理論。在隨後幾年裏，李政道教授又提出了“非連續性力學”的新理論。以往的經典力學、量子力學、量子場論，都把時間當做連續性的參數，而李政道的新理論則把時間看成不是連續的參數。他還指出：真空並不是什麼都沒有，真空是一種實實在在的東西，是具有洛倫茲不變性的一種介質，它的物理性質是可以通過基本粒子的相互作用表現出來的，從而就色禁閉現象提出了真空的“色介常數”的概念。在李政道的研究領域裏還有一個重要的研究內容，這就是為什麼實驗中還沒有發現自由態的誇克。隨著科學技術的進步、設備的現代化，粒子物理學有了很大的發展。其中有一個重要的新觀點。這個新觀點認為一切參與強相互作用的粒子(簡稱強子，它包括介子和重子兩大類)都可以被看做由更為基本的誇克所組成。這樣一來，光子、萬有引力子、輕子和誇克便成為組成物質的基本單元，采用這一理論模型，使粒子的研究取得了很大的成功。但是，誇克時至今日仍未被單獨測量到。科學家們稱這種現象為“誇克禁閉”。麵對“誇克禁閉”，李政道大膽假設，深入研究，他走在這一領域研究的前列。他提出一種新的方案，把真空看做一種完全的抗色電介質，從而解決了誇克的禁閉問題，並且避開了量子色動力學在處理這類問題上遇到的紅外發散困難。當然，誇克的研究還處在起步的階段，有許多基本性的問題還沒有搞清楚。如：究竟有多少種誇克？誇克本身有內部結構嗎？是什麼樣的力使它們結合成質子？這種質子的結合能被破壞嗎？70年代後期到80年代初，李政道繼續在路徑積分問題、格點規範問題和時間為動力學變量等方麵開展深入的研究。後來他還通過自己的聰明才智和不懈努力建立了離散力學的基礎。
李政道教授是一位潛心研究、不斷耕耘的人，他在基本粒子的研究方麵始終處於前沿陣地，被國際高能物理學界視為最有潛力的人物。現在，他的興趣轉向高溫超導波色子特性、中微子映射矩陣，以及解薛定諤方程的新途徑的研究。