促進中美交流
1945年，楊振寧進入美國芝加哥大學學習，三年後榮獲博士學位。1949年，楊振寧進入普林斯頓高等研究所進行博士後的研究工作，並在這期間同李政道相識，開始一起合作，進行物理研究。當時學院的院長奧本海默說，他最喜歡看到的事情，就是兩人和和氣氣一起走在學校的草地上。
之後，兩人一起進行關於物理粒子的研究工作，他們在研究期間遇到了很多迷惑的現象和不能解決的難題。為此，兩個年輕人大膽地提出自己的懷疑，並用充足的論證來進行分析，最終完全地否決了宇稱守恒律。這項發現讓兩人一同獲得了1957年的諾貝爾物理學獎，這是華人世界首次出現的兩個諾貝爾物理學獎的獲獎者。這件事在華人圈子中引起了極大的轟動。
1964年，楊振寧加入美國國籍，事情傳到父親耳中，這讓國界界限分明、思想頑固的父親怎麼也不能接受，在無法讓兒子改變心意、退出美國國籍的情況後，父親宣布同楊振寧斷絕父子關係。一直到父親去世，都沒能原諒楊振寧加入美國國籍的事情，這讓楊振寧引為憾事。
1966年以後，楊振寧在美國紐約州立大學石溪分校任教，楊振寧首創該校的物理理論研究所。1971年夏天，楊振寧首次回國訪問。雖然楊振寧加入美國國籍的事，一生未能得到父親的諒解，但是楊振寧時刻謹記父親楊武之的遺訓：“有生應記國恩隆。”楊振寧曾經說：“作為一名有中國血統的美國科學家，我有責任讓這兩個跟我生命休戚相關的國家，建立起一座相互了解、和平友誼的橋梁。在中國科技未來的發展道途中，我也應該貢獻出一些我自己的力量。”
他說這些話並不是空言、作秀，之後的六年中，楊振寧頻繁地往來於中、美兩國之間，做了很多推動兩國學術交流的工作，他本人也先後被中國的北京大學、複旦大學、中國科學大學、中山大學、南開大學等多所國內知名大學，授予名譽教授的頭銜，同時也是中國科學院高能物理研究所學術委員會委員。
1977年，楊振寧和他的好朋友梁恩佐等人，在波士頓組建了“全美華人協會”，用以促進中國和美國之間的關係，同時讓美國更好地了解中國和華人。1986年，楊振寧又出任香港中文大學博文講座教授。2003年年底，楊振寧回到中國定居，居住在北京清華園中。
兩段婚姻
提起楊振寧的感情生活，也不算過於複雜。他一生有兩位妻子。第一任妻子是杜致禮女士。2003年10月，相伴一生的杜致禮因病去世，這時的楊振寧已經八十一歲了，對妻子的去世，他十分傷心。
2004年年底，楊振寧同年僅28歲的廣東外語外貿大學翻譯係碩士生翁帆偶然相識。翁帆的美貌、青春，讓暮年的物理大師又一次心情萌動。深受美國民主自由思想熏陶的楊振寧，不顧及中國社會較為保守的思想，對比自己小近54歲的翁帆展開了愛情攻勢，終於如願抱得美人歸。在2005年初，楊振寧再一次攜手走進婚姻殿堂。兩人這場婚禮在社會中引起了轟動。
在一次訪談節目中，楊振寧自爆了自己的求婚之路和翁帆的夫妻生活。他們婚後的生活除了旅遊外，基本上就是居家的簡單生活。他說，他相信早晚有一天，中國人對他和翁帆的感情之事，不會像今日這樣避諱極深，而會覺得很浪漫。