人物貢獻
量子力學
1941年到1943年，彭桓武和海特勒、哈密頓合作發表了一系列論文，綜合介子場的研究成果對宇宙線現象進行較系統的解釋，這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理論，這一理論發展了量子躍遷機率的理論，用能譜強度首次解釋了宇宙線的能量分佈和空間分佈等。
1945年，彭桓武與玻恩合作關於場的量子力學與統計力學的一系列探索性工作，共獲愛丁堡皇家學會的麥克杜格爾—布里斯班獎。同年夏，他獲得愛丁堡大學科學博士學位。
國防科研
從20世紀50年代中期開始，彭桓武參與和領導了中國原子能物理和原子彈、氫彈以及戰略核武器的理論研究和設計。他在中子物理、輻射流體力學、凝聚態物理、爆轟物理等多個學科領域取得了重要成果，對分子結構提出過新的處理方法，在量子多體問題研究中提出了自洽場的推廣理論。
彭桓武是核潛艇動力方案的領導者;領導和參加了原子彈設計方案的制定;領導和參加了氫彈的原理設計和試驗;參加了中國第一次地下核試驗的理論領導工作。
教書育才
1978年，彭桓武在完成國防科研任務，調任中國科學院理論物理研究所所長之後，應中國科技大學研究生院的邀請，於同年10月至1979年6月開設理論物理課程。1980年，他大力倡導凝聚態物理的研究，並參與組織了中國科學院數理學部的凝聚態理論和統計物理學術小組，被選爲該小組的第一任組長，致力於推動這門學科在中國的普及和發展。1982年2月，又在北京大學物理系講授分子反應動力學，藉以在國內提倡化學物理這門新興的交叉學科。1995年前後，在有關學術會議上大力提倡生物物理的研究，就如何開展這方面的工作提出了自己的看法。在進行這些工作和主持理論物理專項基金的同時，仍然親自動手做一些感興趣的理論研究。遇到適當的機會，他也和年輕人談些治學的體會。他把學習方面的經驗歸結爲四句話，即"學問主動，學友互助，良師鼓勵，環境健康"。
主要論著
著作
《理論物理學基礎》，彭桓武、徐錫申
《數理物理基礎》，彭桓武、徐錫申
《物理天工總是鮮：彭桓武詩文集》，彭桓武
論文
《超高能粒子加速的新途徑——調相聚焦激光加速器》，彭桓武、 莊傑佳
《應用忽魯登變分法決定核子與核子散射的周相》，彭桓武、 黃祖洽
《五維空間中電子的流體結構嘗試》，彭桓武
《關於~2H,~3H,~3He,~4He諸原子核結合能之問題》，彭桓武、唐懋熒
《愛因斯坦和量子力學的隱參數問題》，彭桓武、何祚庥
