汤定元院士在海外期间，他的卓越贡献在于对金属Ce高压相变现象的独特洞察，这一发现源于原子半径的突发收缩。他所创新的金刚石高压容器，对国际高压物理研究产生了深远影响，成为了不可或缺的研究工具。1964年，他回到中国，加入了中科院上海技术物理研究所，那时该所正专注于红外科技领域，如今已发展成为全球知名的红外科技研究中心。
在汤定元的领导下，该所成功研制了十种光电器件和红外探测器，这些成果被广泛应用在人造卫星、军事和民用高科技装备中，对我国“两弹一星”计划的推进起到了关键作用。在国内，他还开创了窄禁带半导体的研究，为这一领域的前沿科技发展做出了开创性贡献。
汤定元在学术界有着丰富的成果，他发表了一百五十多篇国内外论文，主持出版了十本书籍，充分展示了他的深厚学术底蕴。他热心于科普工作，其中一篇科普文章《天坛中的几个建筑声学问题》尤为知名，这篇文章揭示了天坛回音壁背后的科学原理，对普及科学知识产生了深远影响，特别是解开了天坛回音壁的声学之谜。
汤定元，固体物理学家，历任中国科学院上海技术物理研究所所长、研究员，中国半导体学科和红外学科创始人之一。参加和指导研制了硅太阳能电池、高能粒子探测器等多种光电器件；研制了硫化铅、锑化铟、锗掺汞、碲镉汞等各种红外探测器的材料和顺件。在把半导体红外器件成功地应用于中国探测、空间遥感方面，有开拓性贡献。