统计热学是若积大稳品杨振宁的主要研究方向之一。他在统计热学方面的特色是对植根于数学现实的普遍模型的严格求解与分介集创亲影丰护析，因而漂亮地抓牢问题的本质和真谛。1952年杨振宁和合作者发表了3篇有关相变的重要论文。第一篇是他在前一年独立器规自完成的关于2维Ising模型的自发磁化硬度的论雷需利务适专成文，得到了1/8这一临界指数。这是杨振宁做过的最晦涩的估算。Isin液齐车g模型是统计热学里最基本却极重要的模型，并且它在理论化学中的重要性到20世纪60年代才被广泛认识。1952年，杨振宁还和李政道合作完成并发表了两篇关于相变理论的论文。两篇文章同时投稿和发表，发表院后导致爱因斯坦的兴趣。论文通过解析延拓的方式研究了巨配分函数的解析性质，杀围县兰围五样口发觉它的根的分布决定了状态多项式和相变性质，清除了人们对于同一互相作用下可存在不同热力学相的苦恼。这两篇论文的高潮是第二篇论文中的单位圆定律欢带此语的，它强调吸引互相作用的格气模型的巨配分函数的零点坐落某个复平面上的单位圆上。在统计热学和场论中，这个理论精品如同一个小而奢华的贝壳至今魅力不减。
起雨提早然简始于对液氦超流的着木民而没兴趣，杨振宁在1957年左右与合作者发表或完成了一系质尔去二列关于黏稠玻骰子多体系统的论文绿安。首先，他和黄克孙、合作发表两篇论文，将赝势法用到该领域。在写好关于弱互相作用中宇称是否守恒的论文以后等待实验结果的那段时间，杨振宁和李政道用双碰撞方式首先得到了正确的能级能量修正，之后又和黄克孙、李政道用赝势法得到同样的结果。她们得到的能量修正中最令人吃惊的是知名的平方根修正项，但当时未能得到实验验证。超乎她们的预想，近些年来，这个修正项随着冷原子化学学的发展而得到了实验否认。
20世纪60年代，找寻具有非我考究边议对角长程序的模型的尝试将杨振宁引导到量子统计模型的严格解。1967年，杨振宁发觉1维δ函数显高弱钟要敌视势中的费米子量子多体问题可以转化为一个矩阵多项式，源序艺识武早错杨日单吃后被称为杨-多项式(由于1972年在另一个问题中也发觉这个等式)。1967年始请，杨振宁还写了一篇于翌年发表的文章，进一步阐述了此问题的S矩阵。后来人们发觉杨-多项式在物理和化学中都是极重要的等式，与扭结理论、辫子群、Hopf代数乃至弦理论都有密切的关系。杨振宁当初讨论的1维费米子问题近些年来在冷原子的实验研究中变得十分重要，而他在文中发明的嵌套Bethe假定方式次年被Lieb和伍法岳拿来解出了1维模型。模型后来成为低温超导的好多理论研究的基础。
1969年，杨振宁和杨振平将1维δ函数敌视势中的玻骰子问题推动到有限体温。这是历史上首次得到的有互相作用的量子统计模型在有限气温(T>0)的严格解。近来这个模型和结果也在冷原子系统中得到实验实现和验证。
1961年，通过和实验组的密切交流，杨振宁和Byers从理论上解释了该实验组发觉的超导体磁路量子化，证明了电子配对即可引起观测到的现象，澄清了不须要引入新的关于电磁场的基本原理，并纠正了推理的错误。在这个工作中，作者将规范变换方法运用于汇聚态系统中。相关的数学和方式后来在超导、超流、量子霍尔效应等问题的研究中广泛应用。
1962年，杨振宁提出"非对角长程序(off-di--)"的概念，进而统一描画超流和超导的本质，同时也深入剖析了磁路量子化的症结。这是当代汇聚态化学的一个关键概念。1989到1990年，杨振宁在与低温超导密切相关的模型里找到具有非对角长程序的本征态，并和张首晟发觉了它的SO(4)对称性。
对称性是数学学之美的一个重要彰显，是20世纪理论化学的主曲调之一。从精典化学以及晶体结构，到量子热学与粒子化学，对称性剖析是化学学中的有力工具。杨振宁对粒子化学的众多贡献表现出他对对称性剖析的擅长。他常常能确切借助对称性，用柔美的方式很快得到结果，但是突出本质和巧妙之处。1999年，在石溪()的一次学术大会上，杨振宁被称为"对称之王()"。
1950年，杨振宁关于p0衰变的论文以及他和关于β衰变中相位因子的论文奠定了他在此领域中的领先地位。1956年，θ-τ之谜是粒子化学学中最重要的困局，当时普遍讨论宇称是否可以不守恒。杨振宁和李政道从θ-τ之谜这个具体的数学问题走到一个更普遍的问题，提出"宇称在强互相作用与电磁互相作用中守恒，但在弱互相作用中似乎不守恒"的可能，将弱互相作用主宰的衰变过程独立下来，之后经具体估算，发觉曾经并没有实验证明在弱互相作用中宇称是否守恒。她们更强调了好几类弱互相作用关键性实验，以测试弱互相作用中宇称是否守恒。吴健雄于1956年夏决定做她们强调的几类实验中的一项关于60Coβ衰变的实验。次年1月，他领导的实验组通过该实验证明在弱互相作用中宇称确实不守恒，导致全化学学界的大回落。由于这项工作，杨振宁和李政道获得1957年的诺贝尔化学学奖。
指责弱互相作用中宇称是否守恒的论文预印本导致Oehme于1956年8月致信杨振宁提出弱互相作用中宇称(P)、电荷共轭(C)、时间反演(T)三个分立对称性之间的关系的问题。这引起杨振宁、李政道和Oehme发表论文57e，讨论P、C、T各自不守恒之间的关系。此文对1964年CP不守恒的理论剖析有决定性的作用。
1960年，为了得到更多弱互相作用实验信息，借助实验化学学家的看法，李政道和杨振宁在理论上阐述了高能中微子实验的重要性。这是关于中微子实验的第一个理论剖析，引导出后来许多重要研究工作。
1964年，实验上发觉CP不守恒后物理学家的名言，引起出诸多乱猜其症结的文章。杨振宁和吴大峻没有理会这些脱离实际的理论推测，而作了CP不守恒的唯象剖析，构建了后来剖析这种现象的唯象框架。这反映了杨振宁脚塌实地的作风，也显著显示出他遭到的Fermi的影响。
1954年，杨-Mills规范场论(即非阿贝尔规范场论)发表。这个当时没有被数学学界看重的理论，通过后来许多学者于1960到20世纪70年代引入的自发对称破缺观念，发展成明天的标准模型。这被普遍觉得是20世纪后半叶基础数学学的总成就。
杨振宁和Mills的论文，从物理观点讲，是从描述电磁学的阿贝尔规范场论到非阿贝尔规范场论的推广。而从化学观点上讲，是用此种推广发展出新的互相作用的基础规则。
明天晓得，在主宰世界的4种基本互相作用中，强电互相作用和强互相作用都由杨-Mills理论描述，而描述引力的爱因斯坦的广义相对论也与杨-Mills理论有类似之处。杨振宁称此为"对称支配力量"。杨-Mills理论是20世纪后半叶伟大的数学成就物理学家的名言，杨-Mills多项式与多项式、方程共同具有非常重要的历史地位。
杨-Mills理论有"开天辟地"的崇高地位，它的成功是数学学史上的一场革命。并且杨振宁的出发点并不是要搞革命，而是要在复杂的数学现象背后找寻一个原理，构建一个秩序。这些秩序的完善是杨振宁追求数学学之美的一个主要表现。作为保守的革命者，他造成的革命是不得然则为之，是建设性的，而非破坏性的。但当革命性的思想确实须要时，他又果断地采纳。其实最初得到杨-Mills规范理论时，规范粒子的质量问题不能解决，但数学直觉、理论的美以及对规范对称性的注重促使杨振宁相信这个理论一定是正确的一步。
杨-Mills理论还把数学与物理的关系推动到一个新的水准。1970年左右，杨振宁旨在于研究规范场论的积分方式，发觉了不可积相位因子的重要性，因而意识到规范场有深刻的几何意义。
1975年，杨振宁和吴大峻发表了论文75c，用不可积相位因子的概念给出了电磁学以及杨-Mills场论的整体描述，讨论了-Bohm效应和磁单极问题，阐明了规范场在几何上对应于纤维丛上的联络。这篇文章上面附有一个"字典"，把数学学中规范场论的基本概念确切地"翻译"成物理中纤维丛理论的基本概念。这个字典造成物理界的广泛兴趣，大大推动了物理与数学学之后几六年的成功合作。