研究方向包括计算理论及其在密码学和量子计算中的应用。在三大方面具有突出贡献：(1)创建理论计算机科学的重要次领域：通讯复杂性和伪随机数生成计算理论；(2)奠定现代密码学基础，在基于复杂性的密码学和安全形式化方法方面有根本性贡献；(3)解决线路复杂性、计算几何、数据结构及量子计算等领域的开放性问题并建立全新典范。

他是研究网络通讯复杂性理论的国际前驱，于1993年最先提出量子通信复杂性，基本上完成了量子计算机的理论基础。1995年姚期智教授提出分布式量子计算模式，后来成为分布式量子算法和量子通讯协议安全性的基础。他曾获得美国工业与应用数学学会乔治·波利亚奖，及以算法设计大师克努特命名的首届克努特奖。

因为对计算理论包括伪随机数生成、密码学与通信复杂度的突出贡献，美国计算机协会(ACM)也把2000年度的图灵奖授予他。姚期智是图灵奖创立以来首位获奖的亚裔学者，也是迄今为止获此殊荣的唯一华裔计算机科学家。姚期智还获得了诸多荣誉和奖项，其中包括1987年的波里亚奖(George Polya Prize)和1996年的高德纳奖(Donald E. Knuth Prize)等。2017年10月，姚期智当选首批中国人工智能学会会士。