I suoi studi sulla gravitazione quantistica, nati per spiegare le interazioni di campo e che hanno portato nel 1968 all'elaborazione della grandezza fisica a lui intitolata, hanno permesso, grazie all'ampliamento della sua idea originaria, di formulare l'ipotesi dell'esistenza di oggetti primordiali non puntiformi chiamati stringhe. Per questo motivo è ritenuto il padre fondatore dell'omonima teoria.
Dal 1978 è Permanent Senior staff member presso il CERN di Ginevra, dove tra il 1994 e il 1997 fu anche direttore della divisione di fisica teorica.
A un suo lavoro del 1968 si deve la nascita dei modelli duali (Modello di Veneziano o Dual Resonance Model), dai quali traggono origine le teorie delle stringhe, una delle attuali frontiere della ricerca di una teoria unificata delle interazioni fondamentali. I suoi contributi più importanti sono nell'ambito delle teorie di campo, di quelle di stringa e dei modelli cosmologici suggeriti da queste ultime.
Le sue ricerche più recenti sono focalizzate sullo studio del Big Bang originario e sulla elaborazione di una teoria cosmologica del tutto che possa unificare le interazioni fondamentali della materia. A tale riguardo, Veneziano ha lavorato in cosmologia di stringa e ha sviluppato un modello del pre-Big Bang pubblicando un articolo nel 1991[1] che mostra come un modello cosmologico inflazionario possa essere ottenuto dalla teoria delle stringhe.
La capacità dialettica lo rende protagonista seguito di serate quasi narrative per proporre la materia a un pubblico generico e non specialistico. Si cita solo a titolo di esempio la serata tenuta per "Come alla corte di Federico II (ovvero parlando e riparlando di scienza)" il 16 dicembre 2004: "Einstein e l'Energia Oscura dell'universo: Errore o Profezia?"
«Sono idee ancora speculative, ma non è filosofia.[..] Con l'energia del Large Hadron Collider si potrà studiare il plasma di quark e gluoni dell'Universo primordiale; ma se fossero vere le ipotesi di questa nuova cosmologia, potremmo esplorare fenomeni cosmologici ancora più antichi. Quanto al puzzle che si complica sempre di più, è vero. Ci piacerebbe molto descrivere la natura con una sola equazione: ma se questa equazione cela una matematica così sofisticata da rendere la sua risoluzione impossibile, allora la semplicità è illusoria.»