Дальнейшие наблюдения подвели Васарели к так называемому "Кристаллическому периоду" (1948-1960), в продолжение которого художник пытался в своих работах дать толкование пространству как таковому. Однажды летом его осенило, что открытые окна в блеске полуденного солнца - если наблюдать за ними снаружи - превращаются в черные кубы; изнутри же они смотрятся как белые квадраты. После этого Васарели составлял свои работы, обыгрывая различные степени читаемости картинных композиций. Он располагал их таким образом, чтобы взгляд зрителя постоянно обращался то туда, то сюда.

В 50-е, используя эффект мерцания, Васарели создавал контрастные картины из цветных частиц и тонких цветовых полос. Кроме того, он монтировал стеклянные пластины в ящиках по линейным, ромбическим или прямоугольным образцам (например, "Соната-Т", 1953). При смене места возникали новые эффекты наслоения, дразнившие человеческое восприятие. После выставки, состоявшейся в 1955, появился "Желтый манифест" (названный так по цвету бумаги, на которой он был напечатан). В своей статье Васарели рассмотрел феномен кинетики плоскостей, за счет которой появляются возможности передачи иллюзии движения: размещение плоскостей производится с созданием видимости их перемещения, благодаря чему живопись завоевывает новое измерение, хотя ее характеризующаяся двумя измерениями природа остается при этом неизменной. Эти теоретические выкладки сделали Васарели основателем оп-арта. Для своей серии картин "Unites plastiques" ("Пластические единицы") художник в конце 50-х создал "арт-алфавит" из различных геометрических форм и цветов, которые могут бесконечно комбинироваться в точные конструкционные образования. После этого Васарели оставалось только передавать своим помощникам соответствующие данные, чтобы на их основе те могли собрать задуманные художником работы. Исходя из своей манеры работы, Васарели критиковал художественные установки, придающие особую ценность оригиналам произведений искусства. Для него существовали лишь так называемые прототипы, на основе которых работы могут выдаваться большими тиражами. Такие тиражированные произведения искусства Васарели называл не репродукциями, а "воспроизведениями".

С середины 60-х Васарели (в 1959 получивший французское гражданство) стал экспериментировать со структурами кристаллических форм. В геометрически абстрактных работах доминируют решетчатые строения, которыми художник за счет положения и цвета манипулирует таким образом, что возникает впечатление пространственности изображения: фигуры изгибаются и кажутся то выдвинутыми на передний план, то задвинутыми на задний. В "Универсальных структурах" (конец 60-х) Васарели еще более приблизился к предметности. В качестве заголовков для своих картин он часто использовал названия созвездий или горных вершин, а также понятия из области астрофизики. Этим он хотел подвести фундамент под свое стремление поставить разработанные им принципы оптического оформления во взаимосвязь с различными научными дисциплинами и осуществить возможность возникновения универсального языка.
  

Васарели работал с различными материалами и создавал, среди прочего, панно и небольшие произведения пластического искусства. Он стал автором архитектурного проекта здания Фонда Васарели в Аи-ан-Провансе. Торжественное открытие этого учреждения состоялось в 1976. Здание состоит из 16 корпусов, внешние стены которых украшены произведениями пластического искусства, выкрашенными в черный и серебряный цвета.