Tillsammans med Chen Ning (Frank) Yang tilldelades Lee 1957 års Nobelpris i fysik. De prisbelönta upptäckterna från 1956, som är en del av de omfattande undersökningar Lee och Yang i långtgående kompanjonskap gjort kring symmetriegenskaper med mera inom elementarpartikelfysiken, fäste uppmärksamheten på att vissa radioaktiva sönderfall av atomkärnor och elementarpartiklar inte är höger–vänster-symmetriska.