1993年11月—1993年12 月，与荷兰伊拉斯姆斯大学（Erasmus University Rotterdam）科研合作。

1995年1月—1995年7月，与美国北卡罗莱纳州立大学（North Carolina State University）生殖生物学实验室科研合作。

1995年7月—1996年1月，与美国NIH的NIEHS细胞生物学实验室合作科研。

1997年1月—1997年4月，与美国北卡罗莱纳州立大学生殖生物学实验室科研合作。

1999年9月—1999年10月，与澳大利亚悉尼大学（The University of Sydney）内分泌系科研合作。

2001年，当选为中国科学院院士。

2007年，主持成立了上海市分子男科学重点实验室。

2019年，被聘为中国医学科学院学部委员。

张永莲自1998年以来进行精子在附睾中成熟的分子机制研究，克隆了一大批新基因。发现了附睾第一个β-防御素Bin1b，并与香港中文大学合作证明了Bin1b不仅可以抗菌还能够启动精子的运动。随后相继发现了rBD15、rBD23、rBD26、rBD42等β-防御素在精子运动和免疫防御方面的功能，成果发表在Science, Nature Cell Biology, Cellular and Molecular Life Science, FASEB J等杂志上，引领了附睾内β-防御素功能的研究。还发现了一些附睾蛋白对精子获能、顶体反应、精卵结合乃至胚胎发育和子代健康的影响。这些原创新成果为精子功能评价与临床转化奠定了基础，并为男性不育以及生殖出生缺陷提供理论指导。此外，还开拓了附睾非编码RNA在精子成熟中的作用研究。

根据2021年3月中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）网站显示，张永莲先后获得国家自然科学三等奖和二等奖、中国科学院自然科学一等奖、上海市自然科学一等奖等。

2003年，张永莲指导的博士生李鹏的毕业论文被评为全国百篇优秀博士论文。

张永莲的科研工作思路是：“一是要树立勇攀科学高峰的信心，选择既能解决国家重大需求，又是科学发展的前沿的课题，迫使自己不断学习新知识，用创新的思路和手段去解决难题。二是要甘于寂寞，坚忍不拔，不计较个人得失，顶住各种干扰和压力，埋头实干。三是不能本位主义，生物科学往往是综合性的，许多研究课题要通过多手段、多学科的科学合作才能解决。”

张永莲始终热心科普公益事业，即使高龄也依旧坚持举办科普讲座，通过讲述自己的科学梦与成才路，让科学精神走进社会公众，走进青少年学生。多年来她为全国大中小学生做科普报告，激发青少年学习科学、热爱科学和探索科学奥秘的兴趣；作为一名女性科学家，她尤其重视面向妇女的科普工作，多次参加妇女工作相关的公益培训；她的科研故事被收录在上海教育出版社出版的《科学梦与成才路》和市女联主编的《她们眼中的她们》等书中。

少女时代，张永莲身体羸弱。有很长一段时间卧床。读小学时，她每天早晨起床，需父母搀扶，像只小虾一样，一节一节慢慢起身。当时家长带她看了很多医生、吃了很多药，后来听人介绍，决定让她通过体育锻炼健身。当时女孩子们凑在一起，喜欢踢毽子，但张永莲什么花样也不会，渐渐伙伴们也就不愿带她一起玩耍。张永莲就让母亲用公鸡羽毛为她做了一个毽子，在家偷偷练习。有一天，她再和小伙伴一起玩时，大家发现，她每一个花样都会踢。

张永莲的丈夫黄思义自1980年张永莲出国进修起就把所有家务活都接了过去，侍奉老人、教导孩子、料理家务，全力支持张永莲的事业，两人的女儿黄薏已经参加工作。

张永莲长期活跃在科研一线，她瞄准国际科技发展前沿，为科学进步默默奉献、勇于探索、锲而不舍。（中国科学院分子细胞科学卓越创新中心评）

张永莲是中国生物激素研究领域的重要开拓者。她早期参与了国防科研，20年默默无闻为中国核辐射放射病的防治及早期诊断做出贡献。2001年3月张永莲首次在大鼠中发现一个与附睾内在防御统相关的新基因BinlbcDNA（登录于NIH基因库），举世瞩目，提高了中国在生命科学研究领域中的地位。（中国科学院评）