李远哲在加利福尼亚大学攻读研究生期间，对离子－分子反应和分子散射动力学，特别是反应动力学的交叉分子束研究产生了兴趣。

　　获博士学位后，他与 R．金特里一起开始从事离子分子反应散射实验，利用离子束技术测量能量分布和角分布。一年左右的时间，他掌握了设计和建造极强大的散射设备的技艺。

　　1967年，他作为博士后研究员参加D．赫希巴赫教授的工作，一半时间与R．戈登研究氢原子与双原子碱分子的反应，另一半时间与D．麦克唐纳和P．勒布雷顿建造通用交叉分子束装置。10个月后装置建成。1976年底首次成功地进行了非碱中性束的实验。他实验并进一步发展了赫希巴赫创造的“交叉分子束技术”。

　　1968年李远哲任芝加哥大学化学系助教，在那里他开始了辉煌的学术生涯。

　　1970年，李远哲发展了用分子束技术研究分子反应动力学的成果。在哈佛大学，他设计并创建了世界上第一台大型交叉束实验装置——分子束碰撞和离子束交叉仪器。这种实验装置能分析各种化学反应的每一阶段过程。由于他在发展化学反应动力学方面起了重大作用，他与D．R．赫希巴赫和J．C．波拉尼共获1986年诺贝尔化学奖。

　　在随后的年代，他的科学活动硕果累累，研究领域得到扩展。他的具有世界领先水平的实验室装备有 7台极先进的分子束装置，专用于解决与反应动力学、光化学过程及分子光谱测定有关的问题，吸引了世界各地的知名科学家前往从事合作研究。