Junto con Frank Wilczek y David Politzer recibió el Premio Nobel de Física en 2004 por el descubrimiento de la libertad asintótica.
[1] En 1973-74, Gross trabajando junto a Wilczek en la Universidad de Princeton, descubrió la libertad asintótica que afirma que cuanto más próximos estén los quarks menor es la interacción fuerte entre ellos; cuando los quarks están extremadamente próximos la interacción nuclear entre ellos es tan débil que se comportan casi como partículas libres.
La libertad asintótica, descubierta independientemente casi al mismo tiempo por David Politzer, fue importante para el descubrimiento de la cromodinámica cuántica.
Gross, junto con Jeff Harvey, Emil Martinec y Ryan Rohm, descubrió también la cuerda heterótica.
[7] En 2003, Gross fue uno de los 22 premios Nobel que firmaron el Manifiesto Humanista III.