2016年，成为东京大学特任教授。

2017年，成为东京大学杰出教授，同年出任次世代中微子科学组织主任。

2019年，当选为日本学士院院士。

2022年，当选为美国国家科学院外籍院士。

梶田隆章于1986年参与了神冈探测器II（Kamiokande-II）中微子实验。该实验在岐阜县飞驒市附近的神冈矿井深处进行，探测器内包含3000吨水。大多数中微子会直接穿过水箱，但偶尔会有中微子与水分子碰撞，产生电子。这些电子的速度在水中超过了光速（光在水中的速度是其在真空中速度的75%），从而产生切伦科夫辐射，被安装在水箱壁上的光电倍增管检测到。

1987年，梶田隆章参与的团队利用神冈探测器II首次探测到了来自超新星1987A的中微子，这是首次在太阳之外的特定天体中观测到中微子。神冈探测器II还能够观测由宇宙射线生成的中微子，这些高能粒子（主要是质子）与地球大气中的原子核碰撞，产生二次粒子，这些粒子进一步衰变产生电子中微子和μ子中微子。1988年，梶田隆章和其他神冈科学家发表结果，显示μ子中微子的数量仅为预期值的59%。

1988年，梶田隆章加入东京大学宇宙射线研究所，继续在神冈探测器II上工作。1992年，他和团队发表结果，确认了大气中μ子中微子的缺失现象，并提出可能是由于中微子振荡，即“缺失”的μ子中微子转变为第三种味道的τ中微子（神冈探测器II无法观测到τ中微子）所致。为了发生这种振荡，中微子必须具有极小的质量，这挑战了当时认为中微子无质量的观点。1994年，梶田隆章和团队发现检测到的μ子中微子的数量与方向有轻微的依赖关系，来自上方的中微子数量多于来自下方的。

1996年，神冈探测器II被超神冈探测器（Super-Kamiokande）取代，新探测器包含50000吨水，梶田隆章领导了大气中微子的研究。经过两年的观测，他的团队最终确认了来自大气中的μ子中微子数量多于来自地球的μ子中微子。由于中微子很少与物质相互作用，观测到的中微子数量不应依赖于到达角度。然而，这种角度效应证明了中微子味道振荡的存在，从而确认了中微子的质量。来自地球的中微子比来自大气的中微子行程更长，有更多时间发生振荡转变为τ中微子。

梶田隆章曾在记者会上提到：“获奖（诺贝尔物理学奖）成果的具体灵感是在我写完博士论文半年后发现的。我想告诉年轻人，你们是有机会的。”，他鼓励年轻学子不要放弃机会，抓住每一个可能的灵感和发现。

梶田隆章在东京大学教授从基础核理论到实验粒子物理的相关课程。

梶田隆章于2017年成为日本学术会议理事会成员，并于2020年至2023年担任主席。

梶田隆章的老师小柴昌俊，小柴昌俊的老师朝永振一郎分别是2002年、1965年诺贝尔物理学奖得主。

显然，梶田隆章的工作改变了全球粒子物理学研究的方向（Clearly, Kajita's work changed the direction of research in particle physics worldwide）。（东京大学卡夫利宇宙物理与数学研究所时任所长村山仁志评）

（梶田隆章）对中微子振荡做出了奠基性发现和探索（For the fundamental discovery and exploration of neutrino oscillations）。（基础物理学突破奖基金会评）

（梶田隆章）因在中微子这一小型亚原子粒子上的研究而受到认可。特别以研究由宇宙射线与大气相互作用产生的中微子及中微子振荡而闻名（recognized for his work on neutrinos, small subatomic particles. He is known particularly for his studies on neutrinos that are produced by cosmic ray interactions in the atmosphere, and neutrino oscillations）。（美国国家科学院评）