Iliopoulos pakar dalam fizik teori tenaga tinggi dan fizik zarah keunsuran. Pada 1970, bersama Sheldon L. Glashow dan Luciano Maïani, dia memperkenalkan "mekanisme GIM" (dinamakan sempena tiga pengarang ini) yang merupakan elemen penting dalam teori interaksi asas yang dikenali sebagai "Model Piawai".[3] Mekanisme ini mempostulatkan wujudnya zarah asas baharu, kuark "terpesona", ramalan yang disahkan eksperimen pada 1974.[4][5] Pada 1972, bersama Claude Bouchiat dan Philippe Meyer,[6] dia menunjukkan bahawa kekoherenan matematik Model Piawai memerlukan simetri antara unsur-unsur asas jirim, iaitu kuark (yang membentuk hadron seperti proton dan neutron) dan lepton (seperti sebagai elektron, muon, dan neutrino ). Simetri ini juga disahkan secara eksperimen.[petikan diperlukan]

Iliopoulos ialah salah seorang pelopor supersimetri, simetri hipotesis yang menghubungkan fermion dan boson. Dia menunjukkan bahawa ia mempunyai sifat penumpuan yang menakjubkan dan, bersama P. Fayet,[7] dia mengusulkan mekanisme yang menyebabkan pecahan spontannya. Dia juga mengkaji beberapa aspek teori kuantum graviti serta sifat matematik teori tolok tak varian yang dirumuskan dalam ruang geometri yang tak kalis tukar tertib.[petikan diperlukan]