1941年15岁的政道中学尚未毕业，但不堪日本鬼子的残暴统治，而只身离家，辗转到了当时的大后方。1943年夏，他虽中学没有毕业，但在贵阳以同等学历考上抗战时迁至贵州的浙江大学。1944年日军侵入贵州，浙大停办。1945年政道又辗转进入昆明西南联大求学。当时浙江大学和西南联大的物质条件都很艰苦，但是有王淦昌、束星北、吴大猷、叶企孙、赵忠尧、王竹溪等第一流的老师，学习气氛非常浓厚，老师对优秀学生更是倍加关爱。1946年吴大猷先生得到一笔政府经费出国研究，可选两名研究生随行，除选光亚外，吴先生选择了被他称为“奇才”的，只是大学二年级的学生政道。政道到芝加哥大学后，因没有大学文凭，按学校规定，不能当正式研究生。但不久，政道很快地得到了费米(E．Fermi)和其他芝校教授们的赏识，成了正式研究生并获得芝加哥大学研究院的很高荣誉，全校奖学金三年。
当时芝加哥大学物理系拥有费米等一大批著名物理学家，是世界极活跃的物理中心。当费米要政道跟他做博士论文时，政道很觉兴奋。费米每星期和政道单独讨论半天时间。每次讨论费米都会提一些问题，让他去阅读和思考，并要政道在下一周报告，共同讨论。这些问题很快就变成研究课题。政道和费米的讨论涉及广泛的物理领域，诸如天体、流体、粒子、统计、核物理等。在费米的指导下，政道完成了关于白矮星的博士学位论文[2]，在芝加哥大学获得博士学位。而费米严格的科学态度和培养学生独立思考的训练方式，对政道产生了深远影响，并一直伴随政道以后的科学生涯。政道后来常说：每当遇到困难的物理问题的时候，他会想想，在这种情况下，费米会怎么做。
1951年，政道进入普林斯顿高等研究院工作，1953年后就一直在哥伦比亚大学物理系工作。
政道对物理学的贡献是多方面的。曾任美国物理学会主席的德雷尔教授（S.Drell）这样说过：“综观物理学的各个不同领域，很难找到一处没有留下李政道的足迹，他犀利的物理直观和高超的解答难题的能力，为物理学的发展做出了持久而明确的贡献。”[3]
1950年政道在他的博士学位论文中，纠正了当时对于太阳一类恒星的演化过程的错误认识，确立从主序星开始，最终成为白矮星的正确观点。
1951年政道对于二维和三维液体的湍流的研究指出，二维空间的流体没有湍流，湍流只能在三维空间发生。飓风等天气必须有第三维与地面垂直方向的气流才能发生。他的研究成为天气预报的重要基础。
1952年政道和合作者取得了固体物理领域的极化子解，这解直接影响了1957年BCS超导理论[4]。1953年政道解了场论中的盖尔曼-洛重整函数关系方程式[5]。将这解用于后来的色动力学（或杨-米尔斯方程）即可得夸克禁闭的结论。
在统计物理方面，20世纪50年代，政道和杨振宁合作，首次给出了不同相无限大体积系统热力学函数的严格定义。用严格的数学分析证明，在有限系统中，如何通过无限体积的极限，得到所有不同的相、气相、液相和固态相。标志着统计力学对相变问题严格处理的新开端。政道与黄克孙和杨振宁合作，研究了量子玻色硬球系统的位力展开，发明了一种从无限多奇异项的和中得出有限结果的方法，这种方法在当时广泛应用于理论物理的许多领域。
对粒子物理，政道在费米教授的引导下，很早就有重要贡献。1949年他和罗森布鲁斯（M. Rosenbluth）、杨振宁将费米的β衰变理论推广至μ介子，为弱作用这一领域立下了基础性的贡献。
量子场论是研究粒子物理的理论工具，政
