Всю свою научную жизнь Юрий Цолакович посвятил Лаборатории ядерных реакций, где прошел путь от молодого инженера – начальника пусконаладочной группы циклотрона У-300 до директора и научного руководителя Лаборатории ядерных реакций имени Г. Н. Флерова, стал создателем современной школы физики тяжелых ионов, автором трех открытий, монографии, 11 изобретений, более 450 научных работ.

Ю. Ц. Оганесяну принадлежат основополагающие работы по синтезу новых элементов на пучках тяжелых ионов. Он автор открытия нового класса ядерных реакций – холодного слияния массивных ядер, широко используемых и в настоящее время в различных лабораториях мира для синтеза новых элементов вплоть до Z = 113.

Для исследований предельно тяжелых ядер Ю. Ц. Оганесяном были предложены реакции слияния нейтронообогащенных изотопов актинидов с ускоренными ионами кальция-48 и создана прецизионная экспериментальная установка с рекордной чувствительностью, регистрирующая образование и распад отдельных атомов. В 1999–2015 гг. в этих реакциях были впервые синтезированы изотопы новых химических элементов с Z=112–118, свойства распада которых являются прямым доказательством существования «островов стабильности» в области сверхтяжелых элементов. Это стало одним из самых ярких открытий в ядерной физике за последние 40 лет.

Приоритет в открытии новых 114–118-го элементов за возглавляемой Ю. Ц. Оганесяном научной коллаборацией (ЛЯР ОИЯИ, Ливерморская и Окриджская национальные лаборатории США) признан Международными союзами IUPAC и IUPAP. 114 элементу присвоено наименование «флеровий» с символом Fl в честь основателя ЛЯР академика Г. Н. Флерова, 115-му – «московий» с символом Mc в честь московского региона. В честь выдающихся научных заслуг и признания основополагающего вклада Ю. Ц. Оганесяна в открытие новых сверхтяжелых элементов 118-й элемент получил наименование «оганесон» – Og.

Большое внимание уделяет Ю. Ц. Оганесян подготовке научных кадров. Он председатель диссертационного совета ЛЯР ОИЯИ. В 2005 году организовал и возглавил кафедру ядерной физики Университета «Дубна». Среди его учеников 11 докторов и более 20 кандидатов наук из числа российских специалистов и других стран-участниц ОИЯИ.

Научные достижения Ю. Ц. Оганесяна отмечены Государственной премией СССР, Государственной премией РФ, премией АН СССР имени И. В. Курчатова, премиями Г. Н. Флерова, А. фон Гумбольдта (Германия), Л. Мейтнер (Европейское физическое общество), Демидовской премией, Научной премией Сбера. В 2018 году Ю. Ц. Оганесян был удостоен высшей награды Российской академии наук – Большой золотой медали РАН имени М. В. Ломоносова. В 2021 году стал первым лауреатом Международной премии ЮНЕСКО–России имени Д.И. Менделеева, а в 2022 году – Научной премии Сбера.

Ю. Ц. Оганесян в течение многих лет был членом редакционного совета «J.Phys.G.», «Nuclear Physics News International», «II Nuovo Cimente», «Particles and Nuclei», «Particle Accelerators», членом ученых советов ГАНИЛ (Франция), РИКЕН (Япония).

Ю. Ц. Оганесян избран иностранным членом Сербской Академии наук и искусств, Армянской Академии наук, Польской академии знаний, почетным доктором Университета имени Гете (Франкфурт на Майне, Германия), Университета Мессины (Италия) Университета Марии Кюри-Склодовской (Люблин, Польша), членом Американского физического общества, членом Европейского физического общества, почетным членом английского Королевского химического общества (HRSC).

Заслуги Ю. Ц. Оганесяна перед наукой отмечены орденами «Трудового красного знамени», «Знак почета», «Дружбы народов», «За заслуги перед отечеством» II, III и IV степеней. Он награжден орденами и медалями государств-участниц ОИЯИ.