1930年，在美国加州理工学院学习的赵忠尧和英国剑桥大学的科学家各自独立地发现硬g射线在重元素中的“反常吸收”。同年，他又发现了g射线在重元素中的“额外散射”。这实际上是对正负电子对产生和湮灭过程的最早观察（尽管赵忠尧当时并未意识到这一点）。更重要的是，他的实验结果直接激发美国物理学家安德森完成了发现正电子的著名实验。
1933年，谢玉铭和美国科学家豪斯顿合作对氢原子光谱进行了精准测量，发现测量结果和当时的理论有差异，并提出这可能是由于当时关于光和物质相互作用的理论还需要改进。他们发现的这个问题被美国物理学家兰姆等人的实验进一步确认，而理论确实因此而作了重要改进。粒子物理学中极其重要的重整化理论就由此诞生。
1942年，王淦昌提出证实中微子存在的一种实验文案：观察轻原子K俘获过程中的核反冲。半年后，美国物理学家阿伦照此文案进行实验，找到了中微子。王淦昌还预言在100亿电子伏特质子同步加速器上有可能找到反超子，并于1959年找到了一个与反西格玛负超子有关的事例。
1954年，杨振宁和美国物理学家米尔斯提出了杨-米尔斯规范场理论。后来的电弱统一理论和量子色动力学都是在杨-米尔斯规范场理论的基础上建立的。
1956年，李政道和杨振宁提出，在弱相互作用过程中宇称不守恒，并提出了实验验证的建议。
1957年，吴健雄领导的小组在钴60的衰变中证实了宇称不守恒的论断。不久，宇称不守恒在其他弱相互作用过程中也得到了证实。为此，杨振宁、李政道获得1957年诺贝尔物理学奖。
1974年，丁肇中领导的小组发现了一种新的粒子。这种粒子有两个奇怪的性质：质量大，大约是质子质量的3.3倍；寿命长，比一般介子的寿命长5000倍。这个发现证实了人们对存在第四种夸克粲夸克的预测。美国科学家里克特也在这一年独立发现了这种粒子，丁肇中与里克特共获1976年的诺贝尔物理学奖。这种新粒子被命名为J/Y介子。
