2004年9月，领衔担任科技部973项目“生物膜和膜蛋白的结构与功能研究”的首席科学家，总经费达2500万。

2007年，担任中国科学院生物物理所所长，生物大分子国家重点实验室主任；同年，担任中国科学院大学教授。

2009年9月，中国科学院成立北京生命科学研究院生命科学仪器与技术创新中心，徐涛任中心主任。

2013年，入选国家高层次人才特支计划（亦称“万人计划”）科技创新领军人才。

2017年11月，当选中国科学院院士。

2018年11月，当选发展中国家科学院院士。

2019年11月，担任广州再生医学与健康广东省实验室主任。

2022年4月20日，广州医科大学生物医学工程学院正式揭牌成立，徐涛教授担任院长。

2022年，担任中国农工民主党十七届中央副主席，广州实验室副主任。

徐涛领导的课题组一方面聚焦于囊泡的锚定、启动、融合过程中的关键调控蛋白和调控机制，特别是致密核心大囊泡和GLUT4储存囊泡，找出囊泡分泌的共性和不同之处。另一方面，结合光谱显微学、电子显微学、蛋白质设计和工程技术以及新的超分辨成像工具等生物物理学手段，为生命科学的发展提供新的方法和技术手段。主要取得了以下科研成果：

1、在细胞分泌的前沿领域开展了系统的工作，取得了突出的成绩。发现了囊泡分泌的新的分子机制；发展了新的研究细胞分泌的模式系统，为系统发现相关的新分子和新机制奠定了基础。

2、 为细胞生物物理研究的方法学创新作出了贡献，其发展的技术方法得到国际同行的重视和广泛应用。率先进行了GLUT4囊泡在活细胞中的实时动态跟踪并发展了分析方法；建立了单分子荧光成像手段，解决了CRAC通道如何在细胞膜上装配的这一前沿科学问题，该论文被Nature Review Molecule Cell Biology 撰文评述，并被Faculty of 1000推荐为“Must Read” ，两月后，Nature上发表了同样结论的工作；发展了一系列具有不同应用价值的新型光开关绿色荧光蛋白，命名为mGeos；发展了新型的用于超分辨单分子成像的探针。

3、将细胞分泌活动的基础研究与生理病理研究结合在一起，发现胰岛素分泌的钙离子敏感性可受调控； Munc13-1蛋白参与调控胰岛素第二相分泌；揭示了胰腺Beta细胞和脂肪细胞中参与血糖调控的关键步骤及其分子机制，为深入理解糖尿病的发生发展机理提供了基础。

截至2017年12月，徐涛先后在Cell、 Cell Metabolism、Nature、Cell Biology、Nature Methods、Nature Communications、Neuron、J. Cell Biology、PNAS等杂志上发表多篇有影响的研究论文。

截至2017年12月，徐涛相继承担了国家杰出青年基金、国家自然基金委重点项目以及科技部“973”等多项项目。

徐涛说：“我们要培养的是有情怀的科学家，而不是精致的利己主义者。教育如果无法使学生感受到幸福，就没有存在的必要。”

2014年，徐涛开始担任中国科学院大学首届本科生1408班的班主任，他对本科学生甚至比对硕博研究生还要偏爱，他开放实验室让学生多来体验，自费请学生吃饭，带他们打真人CS，他用各种方式，让学生爱上科研。他给本科生开设的《生命科学导论》和《普通生物学实验》两门课，虽然都有教师助教，但仍亲自为学生答疑解惑、查阅学生作业。

2013年，在徐涛的推动下，华中科技大学与中国科学院生物物理研究所联合成立贝时璋菁英班，为优秀本科生提供高校与科研院所优质教育与科研资源，培养学生成为具有国际视野的生命科学领域领军人物。

2012年，徐涛获得中国科学院优秀导师奖。

徐涛在囊泡分泌调控的分子机制、GLUT4储存囊泡转运及其调控机制、钙释放激活钙离子通道（CRAC）的激活机制和分子构成、超高分辨率显微成像等研究中取得了突出成绩。（中国科学院大学评）

徐涛在细胞和分子水平上系统地开展了神经和内分泌细胞信号转导及囊泡分泌的分子机制研究，在生命科学前沿领域开展了创新性的工作。（何梁何利基金会评）