Kozmologija i opća relativnost:
* Penrose-Hawkingov teorem o singularnosti: Surađivao je sa Stephenom Hawkingom kako bi dokazao postojanje singulariteta u prostorvremenu, demonstrirajući neizbježnost crnih rupa u općoj teoriji relativnosti. Ovo je djelo revolucioniralo naše razumijevanje svemira i njegovog podrijetla.
* Konformna ciklička kozmologija (CCC): Predložio je model za svemir koji sugerira ciklički obrazac širenja i skupljanja, sa svakim ciklusom koji završava Velikim slomom i zatim se ponovno pojavljuje kao Veliki prasak.
* Twistor teorija: Penrose je razvio ovaj matematički okvir za opisivanje prostorvremena i gravitacije, koji ima potencijal objediniti opću relativnost s kvantnom mehanikom.
Ostali doprinosi:
* Penrose Tiling: Otkrio je neperiodično popločavanje ravnine, pokazujući da mogu postojati aperiodični uzorci.
* Stubište Penrose: Predložio je ovu paradoksalnu strukturu, koja izgleda kao beskonačno uzlazno stubište, iako je to nemoguće u stvarnom životu.
* Rad na temeljima kvantne mehanike: Istraživao je ulogu svijesti u problemima kvantnog mjerenja i predložio alternativna tumačenja kvantne mehanike.
Nagrade i priznanja:
* Nobelova nagrada za fiziku (2020.): Podijelio je Nobelovu nagradu s Reinhardom Genzelom i Andreom Ghezom za svoje otkriće da je stvaranje crne rupe robusno predviđanje opće teorije relativnosti.
* Wolfova nagrada za fiziku (1988): Nagrađen za svoj rad u općoj teoriji relativnosti, posebno za teoreme singularnosti.
* Kraljevska medalja (1989): Dobitnik nagrade Kraljevskog društva za doprinos matematici i fizici.
Rad Rogera Penrosea imao je dubok utjecaj na naše razumijevanje svemira, crnih rupa i temeljne prirode fizike. Njegovi doprinosi i danas nadahnjuju i izazivaju istraživače.