狄拉克在物理学上有诸多开创性的贡献。他统合了维尔纳·海森堡的矩阵力学和埃尔温·薛定谔的波动力学，发展出了量子力学的基本数学架构。他给出的狄拉克方程可以描述费米子的物理行为，解释了粒子的自旋，并且首先预测了反粒子的存在。而他在路径积分和二次量子化也扮演了的先驱者的角色，为后来量子电动力学的发展奠定了重要的基础。此外，他将拓朴的概念引入物理学，提出了磁单极的理论。
1933年，因为“发现了在原子理论里很有用的新形式”（即量子力学的基本方程——薛定谔方程和狄拉克方程），狄拉克和薛定谔共同获得了诺贝尔物理学奖，是当时史上最年轻获奖的理论物理学家。
