被譽為當今傑出的理論物理學家李政道教授和楊振寧教授，在物理學研究中，密切合作，於1956年共同發現了一個新的原理——弱相互作用中宇稱不守恆原理。這一發現推翻了過去物理學界一直奉為普遍真理的「宇稱守恆定律」，為人類在探索微觀世界的道路上打開了一扇新的大門，開拓了基本粒子物理研究的新航道。這一消息傳出後，整個物理學界為之震動。世界各國的報紙，都以顯著的位置報道了這一成就。1956年4月，李政道和楊振寧共同獲得愛因斯坦科學獎，1957年，又共同獲得諾貝爾物理學獎。當時年僅三十一歲的李政道，成為舉世矚目的科學家。
李政道於1926年11月25日出生在上海的一個知識分子家庭。祖父曾任基督教衛理會的會督，當時在國際宗教界頗有聲望。父親李駿康是金陵大學農化系第一屆畢業生，後來從事化工行業。母親張明璋是上海啟明女子中學畢業生。她18歲與李駿康結婚，生有五男一女，長子宏道，畢業於上海滬江大學商科，次子崇道，畢業於廣西大學，後來成為獸醫專家。李政道排行第三，四子學道，畢業於大同大學航空工程系，五子達道和獨生女雅雲均在交通大學航船系畢業。兄妹六人，無不學有專長，出類拔萃。李政道的父母對他們的管教卻十分嚴格，特別是在學業上。在家庭的影響下，李政道從小喜愛讀書。4歲時，母親就始教他識字，心算加減法。
李政道自幼聰明過人，尤其是對數學和物理有著格外的愛好，從小學到中學，學習成績總是優秀，各門功課均在90分以上。李政道上高中之後，日本發動了全面侵華戰爭，李政道與其二哥到了大後方，在浙江聯閤中學讀書。在高中三年級的時候，由於師資缺乏，學校聘請不到數學和物理教師，就讓李政道給同學們講這兩門課。他勇敢地挑起了這一重任，遇到疑難問題時，就到處求教。因他備課認真，講解淺顯通俗，竟然收到了很好的效果。這段「小先生」的歷史，對促使他更加刻苦學習起了一定的作用。
1943年，李政道從浙江聯閤中學畢業，考入了已經遷到貴州遵義的國立浙江大學，一年之後，李政道經人推薦，轉入了有吳大猷教授執教的昆明國立西南聯合大學物理系試讀。吳大猷教授是位淡薄名利，一生致力於物理研究和教書育人的留美博士，人們稱他為物理學界的「伯樂」。他發現李政道是一位難得的人才，因此把他視為得意門生。暑期考試的結果，李政道各門功課都優秀，這樣就結束了隨班試讀的學習生活，正式轉入二年級。
1945年秋，吳大猷、華羅庚教授受當時重慶軍政部的委託，要推薦五名在數理化方面的優秀青年出國深造，其中物理兩名由吳大猷提名。經過深思熟慮之後，吳大猷選定了西南聯大年輕有為的助教朱光亞，和天賦極好、勤奮好學的李政道。當時李政道年不滿二十歲，又剛讀大學二年級，因此物理學界有不少人持反對態度，但唯才是舉的吳大猷還是不改初衷。就這樣，李政道於1946年踏上了留美的旅途。但是，李政道來到美國之後，有些人認為選派這樣一個「乳臭未乾」的孩子來研究物理學，是中國政府和美國政府開玩笑，因而拒絕接收。不得已，吳大猷教授建議對李政道進行考試，結果成績優異，使美國教授大為驚訝，破格接收他為芝加哥大學博士研究生。當時義大利著名物理學家費米教授正在這裡主持一個新的研究所，李政道開始在費米教授的指導下撰寫博士論文，1950年，年僅24歲的李政道，取得了芝加哥大學物理學博士學位。
1950年李政道到加利福尼亞大學任研究員，做短期的研究工作。1951年，受聘於世界第一流科學家、學者和教授雲集的普林斯頓大學高級研究所，任研究員。1953年，先後任哥倫比亞大學的助理教授、副教授。1956年，年僅30歲的李政道，成了哥倫比亞大學最年輕的教授。
李政道與楊振寧是西南聯合大學前後期的校友，又都是吳大猷教授的得意門生。楊振寧於1945年比李政道提前一年赴美國芝加哥大學攻讀博士研究生，李政道來到美國之後，二人不僅同在一所大學，而且同住在國際樓，李政道和楊振寧經常在一起研究物理問題。1951年，李政道又與楊振寧同在普林斯頓高級研究所工作，這時二人開始合作，從事理論物理研究。後來李政道到哥倫比亞大學任教授，兩人住所相距很遠，他們就每週相聚一次，討論研究工作中碰到的新問題。經過長期的苦心研究，1956年，他們終於突破了愛因斯坦的相對論，共同提出了弱相互作用中字稱不守恆原理。這一原理後來經過哥倫比亞大學女科學家吳健雄教授實驗證明是正確的。這一重大理論發現，對基本粒子物理的研究，做出了重要的貢獻。
自從愛因斯坦提出相對論以來，世界物理學界一直認為「宇稱守恆定律」解答了宇宙間的奧秘。當時認為：當放射性核子中其它質點發生蛻變時，那些旋轉而出的質點可能旋轉至左邊，也可能旋轉至右邊；但左右兩邊的數目必須相等。由此人們相信，宇宙間萬事萬物都存在一種對稱的關係。
這條定律一直被物理學界奉為不可悖逆的信條。然而在科學實踐中人們也不是沒有遇到過問題。1952年K介子被發現後，科學家們曾觀察到K介子的活動無法以「對等性定律」解釋。但在「宇稱守恆定律」面前，誰也未敢邁出冒險的一步。而李政道和楊振寧教授卻勇敢地在這一新介子是否對等的釋出上進行了新的探索。在理論上取得新成就的基礎上，又請哥倫比亞大學女科學家吳健雄教授協助實驗。最後終於證明了K介子及其它新質點在微弱交互作用上「對等定律」是不適用的。李政道、楊振寧教授的新發現說明，宇宙間萬事萬物不一定都存在著對稱的關係。這一新的理論對於宇宙的構造以及較小物質的構造研究的巨大意義是無法估量的。美國物理學家伯恩斯坦認為，這是「戰後整個物理學上最令人驚奇而激動的事」，「是科學史上的一個轉折點。」
李政道教授雖然已是舉世聞名的理論物理學家，對基本粒子物理學的研究作出了巨大的貢獻，但他並不滿足，具有「不恥下問」的東方學者風度。在他接受諾貝爾獎金的儀式上，他講到了孫悟空翻筋鬥的故事：「孫悟空儘管—一個筋鬥能翻十萬八千里，但是他翻來翻去還沒翻出如來佛的手掌心」。「我們在尋求知識的過程中，可能做出迅速的發展，但我們必須記住，即令我們翻筋鬥翻到如來佛的手指根上，我們距離絕對真理仍然是極其遙遠的」。他並沒有陶醉於已取得的成就，仍然繼續攀登科學高峰，不斷探求新的奧秘。60年代，他提出了「時間反演不守恆」和「孤粒子的量子化」理論，引起了物理界的注目；70年代，他提出了重離子碰撞問題，預言兩個鈾的原子核發生了碰撞，當核的密度超過正常狀況時，有可能發生一種過去在自然界中還未發生過的反常核態現象；近年來，他又提出了「時間是一個分立參數」和「格子場論」。所有這些創見，對高能物理的發展都有重要意義。
李政道教授雖然已經加入了美國國籍，但他卻非常熱愛自己的祖國。他自1972年攜夫人秦惠箬首次回國之後，曾多次回國探親訪問和講學。受到毛澤東、周恩來和鄧小平等黨和國家領導人的接見和高度讚揚。
李政道教授對中國現代化建設和科技教育事業的發展極為關心，並為此獻策獻力。為了儘快地為祖國培養人才也傾注了大量心血。中國科技大學少年班是根據李政道的建議於1978年建立起來的。在李政道教授的努力之下，美國幾十所大學同意按招收本國研究生的條件和待遇招收中國研究生。1979—1986年在80多所大學中培養了700多名中國物理學者。近幾年，李政道把自己工作的三分之一時間，用於培養中國留學生工作，不斷為祖國作出新貢獻。