張首晟是斯坦福大學物理系、電子工程系和應用物理系終身教授，一直在拓撲絕緣體、量子自旋霍爾效應、自旋電子學、高溫超導等領域做研究。

他領導的研究團隊於 2006 年提出的量子自旋霍爾效應被《科學》評為 2007 年 “全球十大重要科學突破” 之一。

他的天使粒子也被認為是極有可能獲得諾貝爾獎的成就，他的老師就是楊振寧教授。

張首晟所獲物理界重量級獎項包括歐洲物理獎、美國物理學會巴克萊獎、國際理論物理學中心狄拉克獎、尤里基礎物理學獎等。

除了科學家身份以外，張首晟也是一名投資人，他於2013年創立了丹華投資，專注於投資最具顛覆性的創新科技和商業模式，並搭建起斯坦福、矽谷和中國的橋樑。

在2017年4 月 28 日的MIT TR35 中國區榜單啟動儀式上，張首晟教授就提出要把中國和美國緊密結合在一起，

“這被我們認為是這個時代最大一個機會。美國矽谷是一個創新中心，MIT 在波士頓和哈佛是一個創新中心，中國也是一個創新的中心。這是一個科學家可以大有作為的時代，是科學和產業前所未有地緊密結合的時代，而中國也處在一個新的歷史時期，中國的發現和智慧應該為人類文明帶來更大的貢獻。”