关于基本粒子的结构、相互作用和运动转化规律的理论。它的理论体系就是量子场论。按照量子场论的观点，每一类型的粒子都由相应的量子场描述，粒子之间的相互作用就是这些量子场之间的耦合，而这种相互作用是由规范场量子传递的。
        1949年李政道与罗森布拉斯和杨振宁合作提出普适费米弱作用和中间玻色子的存在。1956年和杨振宁合作，发现违反宇称守恒定律的现象，共同提出“弱相互作用下宇称不守恒”假设，从而对粒子物理学理论做出重大改进。1957年与奥赫梅和杨振宁合作提出电荷共轭不守恒和时间不反演的可能性。1957年同杨振宁合作提出二分量中微子理论。1959年又合作分析高能中微子的作用，确定了以后20多年理论研究和实验工作的方向。1964年与瑙恩伯合作，研究了无（静止）质量的粒子所参与的过程中，红外发散可以全部抵销问题，这项工作又称李－瑙恩伯定理。这是目前强相互作用实验中不可缺少的定理，也是用高能喷注发现夸克和胶子的理论基础。70年代初期研究了CP自发破缺的问题，又发现和研究了非拓扑性孤立子，并建立了强子结构的孤立子袋模型理论。并就色禁闭现象提出真空的“色介常数”的概念。1982年为解决格点规范中的费密子谱倍增和平移、转动对称性破坏两大问题，和N.  H.  Chirst及R.  Friedberg提出随机格点理论。现在李政道致力于中微子映射矩阵的研究。