王貽芳主要從事高能物理研究，他帶領(lǐng)大亞灣實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)第三種中微子振蕩模式，被美國(guó)《科學(xué)》雜志評(píng)為2012年度十大科學(xué)突破之一;領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)提出并建造了一種測(cè)量中微子質(zhì)量順序的新實(shí)驗(yàn)——江門中微子實(shí)驗(yàn)(JUNO)，并為此研發(fā)了新型20吋光電倍增管;他還領(lǐng)導(dǎo)了北京譜儀(BESIII)的設(shè)計(jì)和研制，2012年帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)提出了環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的設(shè)想，領(lǐng)導(dǎo)了方案設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研。
王貽芳因在粒子物理領(lǐng)域的突出貢獻(xiàn)，被評(píng)為“十佳全國(guó)科技工作者”、榮獲國(guó)家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)(排名第一)、未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)、潘諾夫斯基實(shí)驗(yàn)粒子物理學(xué)獎(jiǎng)、基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎(jiǎng)等。他也是俄羅斯科學(xué)院外籍院士，發(fā)展中國(guó)家科學(xué)院院士。