人物贡献
量子力学
1941年到1943年，彭桓武和海特勒、哈密顿合作发表了一系列论文，综合介子场的研究成果对宇宙线现象进行较系统的解释，这些成果中最著名的一部分就是以三人姓名首字母命名的HHP理论，这一理论发展了量子跃迁几率的理论，用能谱强度首次解释了宇宙线的能量分布和空间分布等。
1945年，彭桓武与玻恩合作关于场的量子力学与统计力学的一系列探索新工作，共获爱丁堡皇家学会的麦克杜格尔—布里斯班奖。同年夏，他获得爱丁堡大学科学博士学位。
国防科研
从20世纪50年代中期开始，彭桓武参与和领导了中国原子能物理和原子弹、氢弹以及战略核武器的理论研究和设计。他在中子物理、辐色流体力学、凝聚态物理、爆轰物理等多个学科领域取得了重要成果，对分子结构提出过新的处理方法，在量子多体问题研究中提出了自洽场的推广理论。
彭桓武是核潜艇动力方案的领导者;领导和参加了原子弹设计方案的制定;领导和参加了氢弹的原理设计和试验;参加了中国第一次地下核试验的理论领导工作。
教书育才
1978年，彭桓武在完成国防科研任务，调任中国科学院理论物理研究所所长之后，应中国科技大学研究生院的邀请，于同年10月至1979年6月开设理论物理课程。1980年，他大力倡导凝聚态物理的研究，并参与组织了中国科学院数理学部的凝聚态理论和统计物理学术小组，被选为该小组的第一任组长，致力于推动这门学科在中国的普及和发展。1982年2月，又在北京大学物理系讲授分子反应动力学，借以在国内提倡化学物理这门新兴的交叉学科。1995年前后，在有关学术会议上大力提倡生物物理的研究，就如何开展这方面的工作提出了自己的看法。在进行这些工作和主持理论物理专项基金的同时，仍然亲自动手做一些感兴趣的理论研究。遇到适当的机会，他也和年轻人谈些治学的体会。他把学习方面的经验归结为四句话，即"学问主动，学友互助，良师鼓励，环境健康"。
主要论著
著作
《理论物理学基础》，彭桓武、徐锡申
《数理物理基础》，彭桓武、徐锡申
《物理天工总是鲜：彭桓武诗文集》，彭桓武
论文
《超高能粒子加速的新途径——调相聚焦机光加速器》，彭桓武、 庄杰佳
《应用忽鲁登变分法决定核子与核子散色的周相》，彭桓武、 黄祖洽
《五维空间中电子的流体结构尝试》，彭桓武
《关於~2H,~3H,~3He,~4He诸原子核结合能之问题》，彭桓武、唐懋荧
《爱因斯坦和量子力学的隐参数问题》，彭桓武、何祚庥
