Eine seiner wichtigsten Arbeiten leistete er in der Theorie der stark stetigen Halbgruppen mit dem Satz von Hille-Yosida: Yosida konnte 1948 mit Hilfe der so genannten Yosida-Approximation eine Charakterisierung der kontraktiven stark stetigen Halbgruppen zeigen. Dies konnte später auf allgemeine stark stetige Halbgruppen erweitert werden. Sein Lehrbuch der Funktionalanalysis von 1965 fand weite Verbreitung.
1933 gab er einen neuen Beweis des Satzes von Malmquist zur Charakterisierung der Riccatischen Differentialgleichung im Komplexen mit Hilfe der Wertverteilungstheorie von Nevanlinna und verallgemeinerte den Satz dabei.[2]