吴健雄通过她的非凡实验证明了李政道和杨振宁的宇称不守恒的理论是正确的，不是证明了这个理论是错误的。
1956年李政道、杨振宁提出在β衰变过程中宇称可能不守恒之后，吴健雄立即领导她的小组进行了一个实验，在极低温（0.01K）下用强磁场把钴-60原子核自旋方向极化（即使自旋几乎都在同一方向），而观察钴-60原子核β衰变放出的电子的出射方向。他们发现绝大多数电子的出射方向都和钴-60原子核的自旋方向相反。就是说，钴-60原子核的自旋方向和它的β衰变的电子出射方向形成左手螺旋，而不形成右手螺旋。但如果宇称守恒，则必须左右对称，左右手螺旋两种机会相等。因此，这个实验结果证实了弱相互作用中的宇称不守恒。由此，在整个物理学界产生了极为深远的影响。
正是这个实验，杨振宁和李政道获得了1957年的诺贝尔物理学奖。虽然吴健雄本人没有得奖，但她的实验被人们高度评价这“吴建雄解开了原子物理和核物理的第一号谜底”。而且，吴健雄在β衰变研究领域具有世界性的贡献，在1974年曾获美国最高科学荣誉－－国家科学勋章。
吴健雄还在原子光谱、量子力学等方面完成了许多意义重大的实验，因而获得了一系列荣誉。1974年，她被美国科学界授予“今年最优秀科学家”的称号，她是获得这项荣誉的第一位女性。1975年，吴建雄被选为美国物理学会会长。在强手如林的美国物理学界，物理学会的会长由一名女性担任，这是破天荒的事情。同年，美国总统福特还在白宫向她颁授国家科学勋章。1978年她又获沃尔夫基金会首次颁发的高达10万美元的奖金。这项奖金专门奖励对科学和人类有特殊贡献的人，吴建雄是获得这项奖金的第一位物理学家。吴建雄还先后获得世界上15所著名大学的名誉博士学位。西方科学界称她是物理女王。
