Năm 2015, ông được trao giải Nobel Sinh lý học và Y khoa cùng với ông William C. Campbell (Ireland) và bà Youyou Tu (sinh năm 1930) từ Học viện Y học cổ truyền Trung Quốc. Một nửa giá trị phần thưởng sẽ dành cho bà Đồ U U; các ông Campbell và Omura chia đều nửa phần thưởng còn lại. Như vậy, bà Youyou là người phụ nữ thứ 12 nhận giải Nobel Y sinh. Nghiên cứu của 3 nhà khoa học có ý nghĩa quan trọng trong nghiên cứu dịch bệnh ảnh hưởng đến nhân loại do virus ký sinh. Cụ thể, các bệnh do ký sinh trùng hoành hành phổ biến nhất ở các nước nghèo nhất thế giới, đặt ra thách thức lớn cho việc cải thiện sức khỏe và chăm sóc y tế cho con người.[1][2][3]