Герой Социалистического Труда (1986). Награжден орденами Ленина (1981, 1986), Трудового Красного Знамени (1971, 1975), «За заслуги перед Отечеством» II степени (1999), а также медалями. Лауреат международной премии и золотой медали им. А. П. Карпинского (1990). Награжден золотой медалью им. П. Н. Лебедева (АН СССР, 1984) Большой Золотой медалью имени М.В. Ломоносова РАН (2006).
Основатель (вместе с ак. Г.В. Курдюмовым в 1962 г.), директор и научный руководитель Института физики твёрдого тела РАН, профессор и зав. кафедрой физики твёрдого тела Московского физико-технического института, профессор и зав. кафедрой конденсированного состояния вещества МГУ имени М.В. Ломоносова.
Ю. А. Осипьян внёс выдающийся вклад в физику твёрдого тела, в том числе в следующие её разделы:
- физика дислокаций в полупроводниках,
- физика поверхности кристаллов,
- синхротронное излучение,
- фазовые превращения в твёрдых телах,
- физика сверхпроводимости,
- физика молекулярных кристаллов,
- физика и техника высокопрочных кристаллических материалов.
Создал и развил новое направление физики твёрдого тела, связанное с изучением взаимодействия электронов с протяженными дефектами в кристаллах. Экспериментально обнаружил новые физические явления – фотопластический эффект в полупроводниках, электропластический эффект, электрический заряд на дислокациях в полупроводниках, кластеры «оборванных» валентных связей на ядрах дислокаций в кремнии, инверсию типа проводимости полупроводников при введении дислокаций разной полярности, квазиодномерные электронные зоны, связанные с дислокациями, комбинированный резонанс электронов на дислокациях. Установил влияние магнитного поля на пластическую деформацию сверхпроводников. Возглавил работы в области высокотемпературной сверхпроводимости в нашей стране. По его инициативе в Институте физики твёрдого тела РАН был проведён ряд исследований структурных и физических свойств кристаллов высокотемпературных сверхпроводников. Работы посвящены также изучению механических и физических свойств фуллеритов и нано-композиционных углеродных материалов на основе молекул фуллерена и нанотрубок.
Создатель научной школы в области дислокаций и дефектов в кристаллах. Подготовил 20 кандидатов и 12 докторов наук. Опубликовал около 300 научных работ.