Badania Prigogine doprowadziły do podważenia modelu nauki klasycznej, koncentrującej się na badaniu procesów deterministycznych i do odejścia od deterministycznego modelu rzeczywistości na rzecz modelu świata, w którym regułą jest przypadkowość i nieodwracalność. Prigiogine sformułował jedną z podstawowych teorii procesów nierównowagowych. Jego prace dały podstawy do nauki o chaosie.
Wiodącym zagadnieniem pracy naukowej Ilya Prigogine była rola czasu w naukach fizycznych i w biologii. Przyczynił się znacząco do zrozumienia procesów nieodwracalnych, szczególnie w systemach dalekich od równowagi. Skutki jego prac nad strukturami rozpraszającymi pobudziły wielu naukowców na świecie i miały duże konsekwencje dla współczesnego zrozumienia systemów biologicznych. Prigogine był współtwórcą teorii chaosu.
W klasycznej termodynamice dyssypacja energii przy przepływie ciepła, tarciu i podobnych procesach zawsze powiązana była ze stratą. Pojęcie struktury dyssypatywnej Prigogine'a wprowadziło radykalną zmianę w tym ujęciu pokazując, że w otwartych systemach dyssypacja może stać się źródłem porządku. W chaotycznym zachowaniu się układu, w którym ma miejsce bardzo wielka dyssypacja energii kształtują się pewne tymczasowe struktury i wkrótce zanikają.