В 1970 году Алферов защитил докторскую диссертацию, в которой обобщил исследования гетеропереходов в полупроводниках. По мнению экспертов, благодаря Алферову фактически был создано новое направление – физика гетероструктур, электроника и оптоэлектроника на их основе.
Впоследствии компоненты, основанные на гетероструктурах, стали использоваться во многих современных устройствах: светодиодах и волоконно-оптических линиях связи, мобильных телефонах и солнечных батареях.
Вся научная деятельность Жореса Ивановича оказалась связана с ленинградским Физико-техническим институтом, который потом стал носить имя А. Ф. Иоффе. В 1972 году Алфёров стал профессором, а через год – заведующим базовой кафедрой оптоэлектроники ЛЭТИ, открытой на факультете электронной техники Физтеха. В 1987 году он стал директором института, а в 1988 году – еще и деканом открытого им физико-технического факультета Ленинградского политехнического института (ЛПИ). В результате возникла мощная научно-образовательная база, в которую вошли кафедра оптоэлектроники ЛЭТИ, физико-технический факультет ЛПИ и физико-технический лицей, открытый Алферовым при Физтехе. В 2003 году Алферов покинул пост главы Физтеха, оставшись научным руководителем института.
С начала 1990-х годов учёный занимался исследованием свойств наноструктур пониженной размерности: квантовых проволок и квантовых точек. В 1993–1994 годах им и его коллегами впервые в мире были созданы гетеролазеры на основе структур с квантовыми точками – «искусственными атомами», а в 1995 году был продемонстрирован инжекционный гетеролазер на квантовых точках, работавший в непрерывном режиме при комнатной температуре. Исследования Алферова заложили основы принципиально новой электроники на основе гетероструктур с очень широким диапазоном применения, получившей название «зонная инженерия». Были разработаны технологии нового поколения квантоворазмерных лазеров на короткопериодных сверхрешетках с рекордно низкой величиной пороговой плотности тока; созданы концепции получения полупроводниковых наноструктур с размерным квантованием в двух и трех измерениях; осуществлена демонстрация уникальных физических свойств структур на основе квантовых точек, созданы на их базе инжекционные лазеры. По мнению экспертов, эти исследования приведут к появлению нового поколения техники, которая при своих сверхмалых размерах сможет передавать значительно больший объем информации.
Еще одна очень заметная страница в его биографии – это общественная деятельность. В 1989 Жорес Иванович был избран народным депутатом последнего Верховного Совета СССР и оставался им до 1992 конца. В 1995 вновь избран депутатом – на этот раз Государственной думы Федерального собрания РФ второго созыва. В 1999–2003 он – депутат Государственной думы Федерального собрания РФ третьего созыва от КПРФ, член комитета по образованию и науке. В 2003–2007 – депутат Государственной думы Федерального