Znany jest przede wszystkim z badań nad przejściami fazowymi i zjawiskami topologicznymi w materii skondensowanej. Jego prace miały wpływ na rozwój fizyki ciała stałego, nadprzewodnictwa, nadciekłości, materiałów topologicznych, technologii kwantowych.
W 2016 roku, wraz z Davidem J. Thoulessem i Duncanem Haldane’em, został laureatem Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki za teoretyczne odkrycia topologicznych przejść fazowych i topologicznych faz materii.