En 1981, il compose la musique de Les Chariots de Feu . Son thème d'ouverture, avec son envolée inspirante et ses arrangements raffinés, sort en single et atteint le sommet du Billboard Hot 100. Ses efforts lui valent l'Oscar de la meilleure musique originale.

Ce succès l'a conduit à d'autres films. Il a notamment composé la bande originale du film original Blade Runner , ainsi que la série documentaire Cosmos de Carl Sagan diffusée sur PBS . Outre la composition de musiques de film, Vangelis a mené une carrière solo prolifique, publiant régulièrement des albums jusqu'à Juno to Jupiter.Bien qu'il fût principalement associé au synthétiseur, cet instrument était aussi une source de frustration pour lui. « J'utilise des synthétiseurs depuis des années, mais ils n'ont jamais été conçus correctement. Ils créent beaucoup de problèmes », a-t-il déclaré à NPR en 2016. « Les ordinateurs ont une logique complètement différente de la logique humaine. » Ainsi, pour son album Rosetta (2016) , dédié à la sonde spatiale du même nom, il a tout simplement construit son propre synthétiseur.

Vangelis a toujours été passionné par l'espace, ce qui se reflétait dans sa musique, dans son ampleur et son atmosphère. Il croyait qu'il y avait quelque chose d'inhérent à l'être humain qu'il désirait découvrir, que ce soit dans le ciel ou en studio. Pour Vangelis, devenir musicien n'a jamais été une décision consciente. « C'est très difficile de ne pas faire de musique », confiait-il à NPR en 1977. « C'est aussi naturel que de manger, que de faire l'amour. La musique, c'est pareil. »