También estudió contrapunto con André Vaurabourg, esposa del compositor suizo Arthur Honegger, y la técnica dodecafónica con René Leibowitz.

Comenzó cultivando una música atonal dentro de un estilo serial post-weberniano influido por Olivier Messiaen.

Uno de sus trabajos más relevantes en este campo era Répons, para seis solistas, orquesta y electrónica.

Boulez a menudo retoma obras de su repertorio para su revisión: la última de sus tres sonatas para piano, por ejemplo, es una obra «abierta» que ha estado en continua revisión desde su estreno en 1957 —sólo se han publicado dos de sus cinco movimientos—, y "explosante-fixe", un concierto para flauta y electrónica, fue primeramente escrito en los setenta y completamente revisado en los noventa.

Su obra, construida con sonoridades densas y líneas melódicas que revolotean entre cambios inesperados de rumbo, es compleja e intrincada, pero evita la retórica grandilocuente.

En 1970, el presidente francés Georges Pompidou invitó a Boulez a crear y dirigir una institución para la exploración y desarrollo de la música moderna, dando lugar al IRCAM (Institut de Recherche et Coordination Acoustique/Musique), del que Boulez fue director hasta 1992.

También en 1966 dirigió Tristán e Isolda en la gira que los cuerpos del Festival realizaron por Japón.

Sus interpretaciones son más analíticas y distantes, presenta toda la música con claridad, sin apasionamiento.

Decía al respecto: Mahler quiso extender los límites de la sinfonía hasta su desaparición.

Su técnica de batuta destaca por un mecanismo de precisión que busca la exactitud y la intención realista, a veces con severidad, pese a que durante los últimos años había suavizado un poco su estilo.