Wkrótce po przybyciu na Uniwersytet Cornella poznał swoją przyszłą żonę, Dane z którą ma dwójkę dzieci, a następnie zrobił doktorant w innym dziale.
16 listopada 2009 Lee przeniósł swoje laboratorium z Uniwersytetu Cornella na Teksański Uniwersytet Rolniczo-Mechaniczny.
Praca naukowa Odkrycie, które przyniosło Lee Nagrodę Nobla, zostało dokonane w 1970. Lee, wraz z Robertem Colemanem Richardsonem i studentem Douglas D. Osheroff wykorzystali zjawisko Pomieranczuka (nazwa pochodzi od Isaaka Pomieranczuka) do zbadania zachowania helu-3 w temperze kilku tysięcznych stopnia zera bezwzględnego. Odkryli nieoczekiwane skutki z ich pomiarów, które ostatecznie wyjaśniły, jak przejść fazowo do nadciekłej fazy helu-3. Lee, Richardson i Osheroff wspólnie otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1996 za to odkrycie.
Badanie Lee obejmuje również szereg innych zagadnień w fizyce niskich temperatur, w szczególności w odniesieniu do cieczy, ciała stałego i nadciekłego helu (helu-3, helu-4 i mieszaniny tych dwóch). Poszczególne odkrycia obejmują antyferromagnetyczne kolejności w stałych helu-3, fale spinu jądrowego w obrocie spolaryzowanego, atomowego wodoru z Jackiem H.