2017年4月，张玉奎与西北大学签约设立院士工作室。

2018年10月，“张玉奎院士工作站”暨“淮海经济区医学遗传与出生缺陷防控专科联盟”举行揭牌仪式。10月30日，依利特（苏州）分析仪器有限公司举行开业典礼暨张玉奎院士工作站成立仪式。

张玉奎采用微渗析－液相色谱、亲和色谱、毛细管电泳及电色谱研究了药物与蛋白质的相互作用，建立了同时测定结合常数与结合分子数的系统方法。提出了多维立体分离的思想，构建以超滤膜为接口的多维毛细管电泳分离蛋白质技术平台，并用于蛋白质的精细结构研究。用毛细管电泳方法研究肽类分离规律，从理论上说明了样品分子量与迁移时间的关系，进而为复杂蛋白样品的分离及痕量检测提供了新技术。在深入理论研究的基础上，注重完成国家任务与实现成果的产业化。先后负责完成了潜艇大气组分分析仪、K-1型液相色谱柱、高效液相色谱仪等国家任务。他还开展人组织激肽释放酶原的基因表达与分离纯化等生物工程项目。

在基础研究方面，张玉奎采用统计热力学的方法研究溶质在多种色谱分离模式下的保留行为，推导出物理意义明确的描述流动相组成对色谱保留值影响的理论表达式，阐明了色谱过程中影响分离行为的分子结构因素，从而建立了系统的色谱热力学研究方法，也为液相色谱专家系统的建立奠定了理论基础；采用物料平衡原理建立了包括柱外效应影响的溶质在整个色谱分离系统中输运的质量平衡模型，对色谱流出曲线高阶统计矩的研究，从理论上阐明了影响色谱峰展宽和峰形对称性的动力学因素，证实了保留时间与半峰宽之间存在的定量关系。采用高斯卷积模型对色谱流出曲线进行拟合，发现了模型参数与色谱操作条件之间的定量关系，从而解决了色谱图的存储和重叠峰定量解析等难题。

在建立液相色谱专家系统总体布局过程中，针对中国国外只考虑经验规律的片面性，首次提出了“知识库必须基于色谱理论和经验规律相结合”的思想，据此思想建立的知识库已用于液相色谱柱系统推荐，并以大量的事实验证了知识库的正确性和可靠性。将串联优化指标与智能搜索方法相结合建立了智能优化方法，并用于复杂样品的分离条件优化。

在毛细管电泳的理论研究中，发现了毛细管区带电泳中操作参数及溶质的分子结构对迁移行为的影响规律。首次开展了物理吸附开管毛细管电色谱的研究工作。发展了混合填料、整体聚合床层等多种电色谱柱系统，并研究了溶质在不同柱系统上的分离机制和柱上富集规律，对碱性样品在电色谱中达到了17000倍的富集效果；在深入理论研究的基础上，注重完成国家任务与仪器的应用开发。

1968年，承担了国防科工委下达的“09—II核潜艇中大气组份分析仪”的研制任务。提出了四柱四检测器反吹流程，用于同时测定大气中痕量和常量组分；研制出四种放射性离子化检测器。样机通过船用条件试验及常规潜艇的现场考查后，已装09—II作随艇分析仪，1978年获中国科学院科技成果奖；1983年承担了国家科委“六五”攻关项目，与人合作共同研制成功2030型智能高效液相色谱仪样机。在此基础上开发成功包括高压输液泵、紫外可变波长检测器等整套液相色谱仪器产品。

1978年，开始负责中国科学院下达的k-1吸附型高效液相色谱柱的研制工作，研制成功1-5mm内径的吸附型高效液相色谱柱，并已实现产业化，1979年获辽宁省科技成果一等奖。

1986年，负责承担863生物工程下游目标产品分离纯化用径向色谱柱的研究工作，研制出四种离子交换膜介质径向流动色谱柱，其中弱阳离子交换CM柱属首创。此后，亲合膜等多种类型径向柱、聚合型毛细管电色谱整体柱、毛细管无胶筛分电泳用超大分子线性聚丙烯酰胺色谱柱等相继研制成功，申报发明专利多项。

张玉奎承担了中美合作项目烟道气排放有毒污染物监控的研究，提出了气相色谱辅助富里叶变换红外光谱对固定污染源复杂样品进行解析的方法，建立了相应的光谱差减定量数据库，通过国家环保总局组织的验收鉴定；采用微渗析-高效液相色谱、亲和色谱及毛细管电泳方法研究了多种药物与人血浆蛋白的相互作用；首次建立了研究药物与蛋白竞争作用的系统方法；探讨了药物与蛋白作用位点和平衡常数与药效之间的相互关系。

根据分析化学和国际前沿研究领域的发展趋势，结合国家重大应用领域的需求，放眼于分析学科与生命学科的交叉发展，主要开展蛋白质的高效分离与高灵敏检测的研究。重点集中在发展多维液相分离体系，包括多维液相色谱、多维毛细管电泳以及与质谱的联用。提出了构建蛋白质分离-在线酶解-多肽分离-质谱鉴定的蛋白质分离鉴定平台的思路。发展了多种蛋白质原位微酶反应器。此外，为实现痕量组分的高效富集，还发展了基于整体材料的固载金属亲和色谱介质和基于毛细管电泳、电色谱技术的蛋白质选择性和通用性富集技术。

截至2016年11月，张玉奎在中国国内外期刊上发表论文500余篇，撰写专著7部，并申请发明专利50余项。

截至2014年10月，张玉奎多次获得国家自然科学基金资助，并承担国家科技攻关、863、973等项目。

张玉奎1978年获得中国科学院科技成果奖，1979年获得辽宁省科技成果一等奖，2011年获得辽宁省自然科学奖一等奖，2012年获得国家自然科学奖二等奖。

张玉奎认为：加强各学科各领域之间合作已是生命科学研究的趋势，“一个杰出科学家的背后一定有一个强大的科研团队和一个良好的科研环境”。他还指出科研应走向应用，注意抓住学术前沿和重大需求。

根据2019年6月中国科学院大连化学物理研究所官网显示，张玉奎培养了博士20余名，有的已经成为博士生导师、有的获得中国科学院百人计划资助、还有的在仪器公司作为科研骨干力量。

张玉奎主要从事色谱基本理论和新技术、新方法的研究，为中国色谱学科的发展作出了巨大的贡献。（中国科学院大连化学物理研究所评）

张玉奎院士从60年代就从事色谱分析工作，他被尊称为继卢佩章院士之后的新一代中国色谱学科领路人，中国色谱产业化的“铺路人”。（暨南大学药学院评）

2019年5月22日下午，河北大学化学与环境科学学院与保定一中共建张玉奎创新英才班揭牌仪式在保定一中举行。中国科学院院士张玉奎，保定市政府副市长杨伟坤，河北大学副校长申世刚、化学与环境科学学院、保定市教育局和保定一中等有关单位负责人出席揭牌仪式。