Wykorzystywał teorię grup z koncepcją ponadczasowości, czyli możliwością użycia dowolnych elementów utworu w dowolnym momencie (Nomos alpha i Nomos gamma); aksjomatykę skal muzycznych – „teoria sit” i liczby zespolone (Alax, Waarg); teorię zbiorów – opartą na niej muzykę nazwał symboliczną, bo operującą na symbolach (Akrata, Herma); arborescencje, czyli graficzne rozgałęzione struktury reprezentujące notację muzyczną (Evryali); błądzenie losowe i ruchy Browna w teorii mikrostruktury dźwięku (N’Shima, Mikka).
W późnym okresie swojej twórczości Xenakis zwrócił się ku tendencjom postmodernistycznym, odkrywając na nowo tzw. muzyczną muzykę. Jego kompozycje stały się mniej skomplikowane koncepcyjnie i łatwiejsze w odbiorze, a pod względem fakturalnym miały bardziej linearny i przejrzysty charakter. Glissanda nie służyły już zacieraniu konturów melodycznych, lecz stały się czynnikiem generującym linie melodyczne (Shaar, Dox-Orkh).
Specyficznym nurtem jego twórczości jest muzyka związana z tradycją grecką – utwory wokalne i sceniczne do tekstów Sofoklesa, Ajschylosa, Homera, Seneki czy Eurypidesa. Ich styl jest bardziej tradycyjny, modalny, okraszony folklorem (Hiketides, Oresteïa, Medea, Bakxai Evrvpidov).