张玉虎自1992学成归国后，一直在科研一线工作。他基于国内的实际情况，独立提出并开展了“变形双奇核核结构实验研究”课题，并且以我方为主，通过国内、国际合作的方式，在此研究领域中取得了一批具有国际水平的科研成果。他在国内外核心刊物上撰写并发表了50余篇研究论文，并且得到了国内外同行的多次引用。他的研究成果曾获2004年度“甘肃省科学技术进步奖”一等奖，2007年获国家自然科学奖二等奖（排名第二）。