Основные работы Фейнмана посвящены квантовой электродинамике, квантовой механике, статистической физике. С помощью созданной Фейнманом в 1948 (независимо от Томонаги и Швингера) современной квантовой электродинамики удалось преодолеть трудности, которые возникли при применении квантовой механики в теории взаимодействия электромагнитного поля с электронами и другими заряженными частицами. В 1949 Фейнман разработал способ объяснения возможных превращений частиц – т.н. диаграммы Фейнмана (при этом позитроны рассматривались как электроны, движущиеся вспять во времени).

В 1958 Фейнман вместе с М.Гелл-Маном разработал количественную теорию слабых взаимодействий. В 1972 создал полуфеноменологическую картину появления новых частиц при столкновениях (масштабная инвариантность). В 1969 предложил модель нуклона. В квантовой механике разработал метод интегрирования по траекториям. Независимо от Л.Онзагера создал теорию квантованных вихрей в сверхтекучем гелии (1988), предложил применять методы теории возмущений к проблеме квантования гравитационного поля. Фейнман – один из авторов широко известного университетского курса лекций по физике.

Умер Фейнман в Лос-Анджелесе (шт. Калифорния) 15 февраля 1988.