Ausgehend von der seriellen Musik experimentierte Kagel verstärkt mit elektronischer Musik und audiovisuellen Medien. Viele seiner Instrumentalwerke enthalten ungewöhnliche Besetzungen und dramatische Elemente. So spielen die Musiker in "Match für zwei Celli und Schlagzeug" (1964) ein Würfelspiel. Wichtige Beiträge leistete Kagel - u.a. mit "Sur scène" (1960) für das instrumentale Theater.
Seit den 1980er Jahren setzte sich Kagel - z.B. im Orchesterzyklus "Die Stücke der Windrose" (1989-1994) stärker mit tradionellen Formen auseinander.