1991年12月—1995年03月，在美国杜克大学医学中心进行博士后研究工作。

1995年03月—1997年06月，担任中国科学院上海生物化学与细胞生物学所研究员，中国科学院和德国马普学会共同支持的青年科学家小组组长。

1996年，获得国家杰出青年科学基金资助。

1997年06月—2000年05月，担任中国科学院上海生物化学与细胞生物学所所长助理。

1999年11月，当选为中国科学院院士。

2000年05月—2007年11月，担任中国科学院上海生命科学研究院院长。

2001年，当选为世界科学院院士（TWAS）。

2001年03月—2001年04月，参加市委党校第45期领导干部进修班学习。

2007年03月，参加中央党校一年制23期中青班学习。

2007年08月，担任同济大学校长。

2011年05月—2011年07月，参加中央党校第49期省部级干部进修班学习。

2012年12月，继续担任同济大学校长。

2016年09月，卸任同济大学校长。

裴钢利用G蛋白偶联受体变异验证了受体激活平衡态的假说。发现阿片受体（G蛋白偶联）C末端在激动剂作用下发生的磷酸化而导致阿片受体脱敏。揭示阿片受体信号脱敏和负反馈调节在阿片成瘾性形成中的重要作用。证明兴奋性氨基酸受体与阿片受体信号转导途径间存在crosstalk。发现氧化低密度脂蛋白可经过G蛋白途径激活p38MAPK而抑制平滑肌细胞的生长。发现中药有效成分天花粉蛋白能与HIV共受体（趋化因子受体）结合、增强受体的激活从而发挥抗HIV作用。揭示五次跨膜的趋化因子受体具有正常七次跨膜G蛋白偶联受体的功能。

截至2018年10月，裴钢在国际学术刊物发表研究论文100多篇，代表论文如下：

Li, J., Wei, B., Guo, A., Liu, C., Huang, S., Du, F., ... & Pei, G. (2013). Deficiency of β-arrestin1 ameliorates collagen-induced arthritis with impaired TH17 cell differentiation [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 110(18), 7395-7400.

Liu, X., Zhao, X., Zeng, X., Bossers, K., Swaab, D. F., Zhao, J., & Pei, G. (2013). β-arrestin1 regulates γ-secretase complex assembly and modulates amyloid-β pathology[J]. Cell research, 23(3), 351.

Chen, T., Shen, L., Yu, J., Wan, H., Guo, A., Chen, J., ... & Pei, G. (2011). Rapamycin and other longevity‐promoting compounds enhance the generation of mouse induced pluripotent stem cells[J]. Aging cell, 10(5), 908-911.

Zhuang, L. N., Hu, W. X., Zhang, M. L., Xin, S. M., Jia, W. P., Zhao, J., & Pei, G. (2011). β-Arrestin-1 protein represses diet-induced obesity[J]. Journal of Biological Chemistry, 286(32), 28396-28402.

Chen, T., Yuan, D., Wei, B., Jiang, J., Kang, J., Ling, K., ... & Pei, G. (2010). E‐Cadherin‐Mediated Cell–Cell Contact Is Critical for Induced Pluripotent Stem Cell Generation[J]. Stem cells, 28(8), 1315-1325.

Yue, R., Kang, J., Zhao, C., Hu, W., Tang, Y., Liu, X., & Pei, G. (2009). β-Arrestin1 regulates zebrafish hematopoiesis through binding to YY1 and relieving polycomb group repression[J]. Cell, 139(3), 535-546.

Du, C., Liu, C., Kang, J., Zhao, G., Ye, Z., Huang, S., ... & Pei, G. (2009). MicroRNA miR-326 regulates T H-17 differentiation and is associated with the pathogenesis of multiple sclerosis[J]. Nature immunology, 10(12), 1252.

Luan, B., Zhao, J., Wu, H., Duan, B., Shu, G., Wang, X., ... & Pei, G. (2009). Deficiency of a β-arrestin-2 signal complex contributes to insulin resistance[J]. Nature, 457(7233), 1146.

Zou, L., Yang, R., Chai, J., & Pei, G. (2008). Rapid xenograft tumor progression in beta-arrestin1 transgenic mice due to enhanced tumor angiogenesis[J]. The FASEB Journal, 22(2), 355-364.

Wang, Y., Tang, Y., Teng, L., Wu, Y., Zhao, X., & Pei, G. (2006). Association of β-arrestin and TRAF6 negatively regulates Toll-like receptor–interleukin 1 receptor signaling[J]. Nature immunology, 7(2), 139.

Gao, H., Sun, Y., Wu, Y., Luan, B., Wang, Y., Qu, B., & Pei, G. (2004). Identification of β-arrestin2 as a G protein-coupled receptor-stimulated regulator of NF-κB pathways[J]. Molecular cell, 14(3), 303-317.

Xu, N. J., Bao, L., Fan, H. P., Bao, G. B., Pu, L., Lu, Y. J., ... & Pei, G. (2003). Morphine withdrawal increases glutamate uptake and surface expression of glutamate transporter GLT1 at hippocampal synapses[J]. Journal of Neuroscience, 23(11), 4775-4784.

Pu, L., Bao, G. B., Xu, N. J., Ma, L., & Pei, G. (2002). Hippocampal long-term potentiation is reduced by chronic opiate treatment and can be restored by re-exposure to opiates[J]. Journal of Neuroscience, 22(5), 1914-1921.

Sun, Y., Cheng, Z., Ma, L., & Pei, G. (2002). β-Arrestin2 is critically involved in CXCR4-mediated chemotaxis, and this is mediated by its enhancement of p38 MAPK activation[J]. Journal of Biological Chemistry, 277(51), 49212-49219.

Cheng, Z. J., Zhao, J., Sun, Y., Hu, W., Wu, Y. L., Cen, B., ... & Pei, G. (2000). β-arrestin differentially regulates the chemokine receptor CXCR4-mediated signaling and receptor internalization, and this implicates multiple interaction sites between β-arrestin and CXCR4[J]. Journal of Biological Chemistry, 275(4), 2479-2485.

Jing, Q., Xin, S. M., Zhang, W. B., Wang, P., Qin, Y. W., & Pei, G. (2000). Lysophosphatidylcholine activates p38 and p42/44 mitogen-activated protein kinases in monocytic THP-1 cells, but only p38 activation is involved in its stimulated chemotaxis[J]. Circulation research, 87(1), 52-59.

Zhao, J., Ben, L. H., Wu, Y. L., Hu, W., Ling, K., Xin, S. M., ... & Pei, G. (1999). Anti-HIV agent trichosanthin enhances the capabilities of chemokines to stimulate chemotaxis and G protein activation, and this is mediated through interaction of trichosanthin and chemokine receptors[J]. Journal of Experimental Medicine, 190(1), 101-112.

Ling, K., Wang, P., Zhao, J., Wu, Y. L., Cheng, Z. J., Wu, G. X., ... & Pei, G. (1999). Five-transmembrane domains appear sufficient for a G protein-coupled receptor: functional five-transmembrane domain chemokine receptors[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 96(14), 7922-7927.

Jing, Q., Xin, S. M., Cheng, Z. J., Zhang, W. B., Zhang, R., Qin, Y. W., & Pei, G. (1999). Activation of p38 mitogen-activated protein kinase by oxidized LDL in vascular smooth muscle cells: mediation via pertussis toxin–sensitive G proteins and association with oxidized LDL-induced cytotoxicity[J]. Circulation research, 84(7), 831-839.

截至2009年2月，裴钢先后获得中华人民共和国教育部科学技术进步奖一等奖、国家自然科学二等奖、中华医学科技奖一等奖、上海市自然科学一等奖、上海市科技进步一等奖等。

2006年3月24日，在参加中国科学院研究生院学位评定委员会第二届第6次会议期间，裴钢接受了“研究生教育访谈录”的专题采访。访谈中，裴钢认为：“你首先要有非常强烈的动机和动力，如果你喜欢科学，我建议你就努力去做，如果不喜欢，那就趁早挑选你喜欢的事去做。”在裴钢看来，研究生应具有的第二个素质是“矢志不移”（persistency），“你要永远不停地努力。一定要脚踏实地，基本功都要掌握好。”“团队合作精神”和“创新”，是裴钢院士对研究生的另外两个希望，他说：“科学研究是一项社会性活动，要和其他人合作来做。做科学本身就是追求真善美，没有必要的胸襟，不会与别人合作，就什么事情也做不好。”“科学和艺术一样，永远要创新，总要做和别人不一样的东西（to be different）。”

2009年5月18至19日，裴钢应邀参加了在意大利都灵举办的第二届“G8大学峰会”（G8 University Summit），并代表中国大学发表主题演讲，在题为《大学之道－中国大学的伦理责任》的演讲。

2010年11月1日，裴钢应邀出席了在上海华亭宾馆举行的“学术影响力国际研讨会”开幕仪式，并作为唯一主旨发言人，在开幕仪式上做了题目为《学术影响力：同济大学的实践》的主题演讲。

2016年3月8日，裴钢在台湾世新大学以《大数据与人类可持续发展》为题作了专题演讲。

2016年4月18日，裴钢应德意志联邦学术交流中心（DAAD）邀请，出席在柏林举行的战略伙伴教育国际合作论坛，作为唯一演讲嘉宾，裴钢用英语作了题为《和而不同携手共进，推动大学贡献人类文明》的主旨演讲。

裴钢的妻子是马兰（2019年当选中国科学院院士）。

作为全世界细胞信号转导研究领域的杰出科学家，裴钢院士的学术成果在业界影响颇深；作为一名培养科研人才的导师，裴钢老师带出了一批又一批的科技精英；作为知名高校的“掌门人”，裴钢校长有着独到的教书育人理念和实践。（《科技日报》评）

裴钢同志是著名科学家，也是一位优秀的大学校长。他2007年8月正式就任同济大学校长，9年来，他倾情投入学校管理，为推进同济大学发展倾注了大量心血和智慧。裴钢同志以他对高教事业的高度使命感，对学校工作的无私奉献，对百年同济的赤诚之心，以及自身的学术影响，赢得了全校师生员工的爱戴，也赢得了兄弟高校和社会各界的尊敬。（同济大学校党委书记杨贤金评）

2016年7月13日，裴钢向昆明理工大学捐赠120万元设立“裴钢院士奖学金”的捐赠仪式在震庄宾馆瑾楼举行。