У 1972 р. він опублікував, спільно з професором Корнуеллського університету Річардсоном і аспірантом Ошеровим, роботу з надтекучості ізотопа гелію 3He. Він також працював, спільно з Дж. Фрідом, над виявленням хвиль ядерного спіна в спінно- поляризованому газі атомарноговодню. Станом на 2006 р. його наукова група займається дослідженням твердих тіл з включеннями гелію.
У 1976 р. він здобув премію імені сера Френсіса Симона від британського інституту фізики. У 1981 р. Лі здобув премію Олівера Баклі від американського фізичного товариства, спільно з Д. Ошеровим і Р. Річардсоном, за роботу з надплинності 3He. У 1996 р. їм же присудили Нобелівську премію з фізики.