1945年，得到庚子赔款奖学金赴美，就读于芝加哥大学。
1948年，获芝加哥大学哲学博士学位，博士论文导师是爱德华·泰勒教授。
1949年，进入普林斯顿高等研究院进行博士后研究工作，开始同李政道合作。当时的院长奥本海默说，他最喜欢看到的景象，就是杨、李走在普林斯顿草地上;同年，与恩利克·费米合作，提出基本粒子第一个复合模型。
1954年，杨振宁和米尔斯提出非阿贝尔规范场的理论结构。
1956年，和李政道共同发表论文，推翻了物理学的中心信息之一——宇称守恒基本粒子和它们的镜像的表现是完全相同的。
1957年，与李政道因共同提出宇称不守恒理论而获得诺贝尔物理学奖。杨振宁以曾经接受中国文化的熏陶为自傲，在接受诺贝尔奖金的时候，由他代表致辞：“我深深察觉到一桩事实：在广义上说，我是中华文化和西方文化的产物，既是双方和谐的产物，又是双方冲突的产物，我愿意说我既以我的中国传统为骄傲，同样的，我又专心致于现代科学。”
杨振宁获得诺贝尔奖后，鼓励在中国台湾的岳母曹秀清设法取道美国转往中国大陆。在他的安排下，曹秀清从美国飞往日内瓦，由中国外交部的同志亲自接机，安排休息数日后，转机飞往北京定居。
1958年，当选中国台湾“中央研究院”院士。
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