Richard Feynman realitza gran nombre d'aportacions a la física teòrica. Va obrir noves vies en camps com la mecànica quàntica, l'electrodinàmica quàntica, la matèria condensada, les interaccions de partícules elementals, la física no lineal, la computació quàntica, la gravetat quàntica i la nanotecnologia.
Cal destacar la seva reformulació de la mecànica quàntica en termes d'integrals de camí (un formalisme en què va començar a treballar amb poc més de vint anys, mentre realitzava la seva tesi doctoral) i el desenvolupament de l'electrodinàmica quàntica, la teoria moderna que descriu el comportament microscòpic de la llum i les partícules amb càrrega elèctrica.
Per les seves contribucions fonamentals a l'electrodinàmica quàntica rebria el 1965 el Premi Nobel de física, juntament amb Sin-Itiro Tomonaga i Julian Schwinger. De manera independent, els tres científics van arribar a mostrar com abordar l'estudi quàntic i relativista de sistemes amb càrregues elèctriques en interacció amb camps electromagnètics.
Al Japó Tomonaga ja havia arribat a una solució en 1946, però ningú a Occident sabria d'ell fins el 1949. Al mateix temps Schwinger i Feynman publiquen el seu treball, i es creu inicialment que cada un dels tres científics ha descobert una solució diferent. Es pensava que serien necessaris experiments per determinar quin d'ells tenia raó. Però Freeman Dyson, en aquell moment estudiant de recerca de Feynman a la Universitat de Cornell, va comprovar que les tres solucions són idèntiques. Malgrat els molt diferents enfocaments, produïen el mateix resultat.
Feynman va inventar uns senzills esquemes, els famosos Diagrames de Feynman, per estudiar les interaccions i propietats de les partícules subatòmiques de manera tan simple com exacta. Actualment, l'ús de diagrames de Feynman, o variants d'aquests diagrames, és el procediment estàndard per a efectuar càlculs en molts i diferents camps de la física.
La segona major contribució de Feynman a la física després de l'electrodinàmica quàntica, és l'anàlisi i la identificació dels partons. El 1968 va introduir nous conceptes en la comprensió de les subpartículas de les que podrien estar formades les partícules pesades, les va anomenar partons, concepte que acabaria afinant poc després Murray Gell-Mann al identificar els quarks com a components de protons i neutrons.En aquells anys Feynman també va col·laborar amb Gell-Mann en la teoria de la desintegració beta, característica de la força nuclear feble.
En 1953 Feynman va formular una teoria fonamental en la física de superfluids on va aplicar l'equació de Schrödinger al problema de la viscositat de l'heli líquid, amb una influència notable en el camp de la superconductivitat.
Feynman és també considerat un dels pares de la nanotecnologia, a ell s'atribueixen les idees fundacionals en la conferència There's plenty of room at the bottom que va impartir el 29 de desembre de 1959 a l'Institut de Tecnologia de Califòrnia amb motiu de la reunió anual de la Societat de Física Americana. En el seu discurs, Feynman fa notar que no existeix res en les lleis físiques que impedeixin l'home dissenyar, manipular i controlar coses a escala microscòpica. Planteja alguns dels problemes pràctics i fenòmens que es trobaria al tractar de miniaturitzar màquines i objectes. Feynman també es pregunta sobre els límits màxims que poden aconseguir-se en un procés de miniaturització, sense violar les lleis físiques existents.
Per fomentar la investigació en aquest camp, va cloure la conferència oferint dos premis de 1000 dòlars a la primera persona que pogués construir un motor elèctric operatiu controlat des de l'exterior de només 1/64 polzades i al primer en escriure la informació de la pàgina d'un llibre en una escala reduïda d'1/25,000.
Les idees de Feynman es van començar a fer realitat a principis dels anys vuitanta, quan Binnig i Rohrer, dos investigadors dels laboratoris IBM de Zuric, van idear un nou microscopi, l'anomenat microscopi d'efecte túnel, que permetia resseguir la topografia d'una superfície a nivell atòmic.
La participació de Feynman en la fabricació de bombes atòmiques a Los Alamos durant la Segona Guerra Mundial va generar en ell un profund interès de per la informàtica i els ordinadors. Les seves conferències sobre informàtica durant la dècada de 1980 i la sèrie d'articles que va escriure entre 1981 i 1985 marca el començament d'una nova era sobre la base d'elements atòmics que operen per lògica quàntica
,
- Bjorken. James D. Feynman and partons. Physics Today [en línia ]. 1989, 42(2) [Consulta: 10 de juny de 2013]. Disponible a: "http://www.physicstoday.org/resource/1/phtoad/v42/i2/p56_s1">. ISSN 0031-9228 (print)
- Feynman, Richard P. There's plenty of room at the bottom. Engineering and Science [en línia ]. 1960 [Consulta: 16 de juny de 2013]. Disponible a: "http://calteches.library.caltech.edu/47/2/1960Bottom".
