其中，在水稻花药和花粉发育关键基因克隆、功能研究和应用方面，张大兵带领团队发掘并研究了多个调控花药育性相关的绒毡层细胞程序性死亡的关键因子及其调控网络，丰富了雄性不育遗传资源和植物细胞死亡分子调控理论。同时也取得了多种发现，包括发现多个控制植物花粉外壁合成酶和转运蛋白，提出了植物花粉外壁发育新机制，也为工程不育系创制提供了新的基因和遗传资源；发现多个新型光、温敏不育系材料，并初步阐明相关基因的调控机理，为建立新型育性稳定、安全的两系杂交水稻生产体系奠定了理论基础并提供了重要的育种材料。
对于已成为全球研究焦点之一的转基因安全课题，张大兵团队主要采用基因组学、代谢组学等手段，系统开展分子特征检测识别技术创新研究工作，研制转基因分子特征分析新理论和新方法以及新标准，为我国农业转基因生物安全管理、农产品贸易提供重要的技术支撑。
学术成果贡献显著 获得国内外广泛认可
上海交通大学生命科学技术学院讣告中称："张大兵同志热爱祖国、淡泊名利、治学严谨、学识渊博，长期从事植物生殖发育和生物安全研究，是我国发育生物学科的著名领军人才。他的不幸逝世是上海交通大学的重大损失，也是我国生物学界的重大损失！"
多年来，张大兵在水稻育性调控关键基因资源的挖掘和利用等方面取得了优异成绩和重要贡献，近年来分离鉴定了10余个控制水稻花粉形成、花序和花器官发育相关的关键基因，并阐明了其作用机制。
张大兵教授获教育部自然科学奖一等奖
另外，他还带领团队在转基因生物安全性检测方面在国内外率先寻找并验证了适合转基因油菜、棉花、番茄和水稻中外源基因定性、定量PCR检测的内标准基因，建立了我国主要转基因农产品检测方法，对于保障转基因生物安全消费具有重要促进作用。
扎实的研究工作和丰富的研究成果也让张大兵不仅在中国获得多种奖项荣誉，也在国际上得到了广泛认可，包括先后入选美国植物生物学家学会（American Society of Plant Biologists）公布的2009-2013年高引科学家名录，汤森路透（Thomson Reuters）公布的植物学与动物学领域全球高被引科学家名单（Highly Cited Researchers）名录，爱思唯尔（Elsevier）公布的中国高被引科学家（Mostly cited Chinese researchers）。
