1951年-1953年成为普林斯顿高等研究院成员。
1953-1960年历任美国哥伦比亚大学助理教授、副教授、教授。主要从事粒子物理和场论领域的研究。三年后，29岁的李政道成为哥伦比亚大学二百多年历史上最年轻的正教授。他开辟了弱作用中的对称破缺、高能中微子物理以及相对论性重离子对撞物理等科学研究领域。[7]
1956年提出宇称不守恒理论。
1956年提出“弱相互作用中宇称不守恒理论”，获1957年诺贝尔物理学奖。
1958年与吴健雄同获普林斯顿大学物理学奖，并被授于普林斯顿大学物理荣誉博士学位。
1960年-1963年任普林斯顿高等研究院教授。
1961年受推选为美国国家科学院院士。
1963年-1964年任哥伦比亚大学教授。

1964年-1984年任哥伦比亚大学费米物理讲座教授。
1984年回国参加第十六届中研院院士会议。
1986年出任中国高等科学技术中心终身主任；并担任北京现代物理学研究中心主任。12月，哥大为李政道举行六十大寿庆典。[8]
1988年在北京主持召开同步辐射应用国际讨论会。1984年他获得全校级教授（UniversityProfessor）这一最高职称，至今仍是哥伦比亚大学在科学研究上最活跃的教授之一。他的兴趣转向高温超导波色子特性、中微子映射矩阵，以及解薛定谔方程的新途径的研究。[9] 1986年任中国高等科学技术中心主任。
1986年任北京现代物理中心主任。

1988年任浙江现代物理中心主任。
1997年-2003年任RIKEN-BNL研究中心主任。
2004年任RIKEN-BNL研究中心名誉主任。
1990年成为以色列特拉维夫大学董事会成员。
2004年任RIKEN-BNL研究中心名誉主任。
2006年至今任北京大学高能物理研究中心主任。[4]