郭瑞年教授的研究工作主要是利用先進的薄膜製作技術，開拓新穎材料，探討其物理性質。自1981年起至2003年止，她一直在美國著名的貝爾實驗室，從事基礎物理研究工作，長達22年，獲得多項突破性的重要成就，馳名中外，享譽國際。2003年郭教授偕同夫婿洪銘輝教授返國服務，任教於清華大學至今。  

郭教授在1981‐1986年間發明金屬原子分子磊晶技術，成功製成磁性超晶格結構，首次發現在磁異質結構中，具有可調控的磁性和長程的磁耦合現象，首創「磁電子學」概念。這項研究成果被公認為奠定了後續於1988年發現巨磁阻現象的基礎。2007年Albert Fert and Peter Grünberg因各自獨立發現巨磁阻，共享諾貝爾物理獎。由於巨磁阻的應用，使得現代的大容量硬碟製作獲得突破性的進展。  

其後在1987‐1992年間，郭教授發明氧化物分子束磊晶技術，成功製出高溫超導的單晶薄膜，並率先研究其異向性的常態和超導態的物理特性和機制。  

從1993年至今，她著力於研究新穎高介電值氧化物薄膜材料，取代傳統二氧化矽閘極氧化層，做為未來奈米電子和奈米光電元件之應用，其中最大貢獻是以新穎的Ga2-xGdxO3 和Gd2O3高介電值薄膜材料，作為半導體閘極氧化層，首先示範以砷化銦鎵為基板的反轉通道場效電晶體，因此三十多年來微電子技術研究者熱切追求的砷化鎵金氧半場效電晶體的夢想，終於得以實現。另一正在進行的尖端研究是「自旋電子學」，包括探討稀釋磁氧化物薄膜之磁性，自旋磁化分析，自旋注入，以及發展自旋場效應電晶體等。  

2003年郭教授返國任教於清華大學物理系，獲聘為自然科學講座教授，她組成奈米電子研究團隊，發展次世代高遷移率通道電晶體，奠定尖端奈米電子之根基；又努力推動大學院校、科研機構、和產業界三方的聯合，建立「全國奈米電子平台」，與國際半導體界主流的研究機構密切合作，共同研發以三五族半導體為主的金氧半場效電晶體的關鍵科技。2008年8月，郭教授獲聘為清華特聘講座教授。回國11年來已將此尖端科技落實生根於台灣本土，培育一批新世代奈米電子技術的菁英人才。為解決奈米電子目前所面臨的耗能難題，近年來郭教授帶領國內實驗和理論研究團隊，從事低維量子物質拓樸絕緣體的尖端研究，可望利用拓樸絕緣體薄膜材料，在自旋電子元件的應用上尋求關鍵性的突破。  

除了上述卓著的學術成就之外，郭教授在學術行政、物理教育推廣、和國際科學交流方面，也盡心竭力，貢獻良多。2005至2008年，她擔任清華大學物理系主任，致力於延攬優良師資、提攜新進、推動課程改善計畫、改造教學與研究環境及輔導學生事務等，使系務煥然一新，更上層樓。2008至2009年，她改任清華大學基礎科學研究中心主任，領導物理、化學、數學、統計、天文等學門，整合跨院研究團隊與校內外資源，推動跨領域科學尖端研究；同一時期，她獲選為全國物理學會理事長，在任期間加強台灣參與國際物理學術團體，例如國際物理與應用物理聯盟（IUPAP）、美國物理學會、亞太物理學會、和歐亞物理高峰會議聯盟等的交流活動，提升台灣在國際學術界的能見度和知名度。她積極參與國際事務，在2008至2011年間，獲選擔任國際物理聯盟凝態物質結構和動力學委員會（C10）成員；2011至2014年擔任該委員會秘書；2014年獲選為該委員會主席，任期至2017年；她亦獲選擔任國際物理聯盟執行委員會的副會長，任期為2014至2017年，這是我國物理學者首次獲選擔任此項職位。郭教授在物理學會理事長任職期間，創立全國物理系主任聯席會議，檢討並改進大學物理課程、物理研究所入學考試方式、參與修訂高中物理課程綱要等項；長期舉辦 「與中小學生對談物理」的教育活動，普及至偏鄉地區學校；並積極投入女性工作委員會，鼓勵女學生學習物理，在國際上竭力爭取台灣於2017年主辦全球女性物理學家會議。  

2010年1月，郭教授獲臺灣大學力邀，借調至臺大凝態科學研究中心擔任中心主任，領導學術研究再求精進，成為新穎物質和顯微能譜技術的頂尖研究中心，建立國內凝態科學界的合作平台，並且推動國際交流，與美國阿崗國家實驗室以能源材料為主軸的雙邊合作。2012年8月，郭教授圓滿完成任務歸建清華大學。  

郭教授積累近四十年的努力，總計發表SCI論文261篇，非SCI論文70篇，專書論文17篇，中外專利21項，為台灣教育界、學術界、和半導體電子科技界，以及國際物理學界，作出了具體且重大的貢獻和進步。