張旭教授通英語，懂數學，學術興趣廣泛，曾在著名語言學家邢公畹先生指導下學習漢藏比較語言學和音韻學，與著名語言學家劉叔新先生亦師亦友，其學術思想深受邢、劉二位先生影響。主要研究方向為語言理論、漢語方言學、語法學、詞匯學，兼及詞典學和漢英對比與翻譯等。
語言理論方面有《語言學論綱》（天津人民出版社，2002年6月）；
漢語研究方面有《語言問題探索》（天津古籍出版社，1995年8月）、《深縣方言誌》（生活·讀書·新知三聯書店，2003年5月）、《漢語漢字研究論集》（合編，王蘊智、張旭、董蓮池、周寶宏，中華書局，2004年12月）、《漢語形態問題論稿》（中國社會科學出版社，2008年2月）、《漢語語言學問題》（商務印書館，2015年8月）；
詞典學方面有《簡明英漢商業辭典》（主編，天津人民出版社，1992年4月）、《美國英語習用語辭典》（主編，天津人民出版社，1994年3月）；
英漢對比與翻譯方面有Syntax in Chinese and English（《漢英句法比較》，英文，與美籍華裔學者Chikang Wu合著，1990年）。
主持過兩部天津市社科基金項目：《詞位復合理論研究》、《現代漢語形態研究》。
1998—2003年，擔任天津師範大學漢語言文字學、語言學及應用語言學兩個專業的學科帶頭人；2003—2007年，擔任天津市語言學會副會長、天津師範大學語言學及應用語言學學科帶頭人。國家漢辦HSK審題專家組成員。享受政府特殊津貼。
為本科生主要講授現代漢語，為研究生主要講授語言理論等課程。1994年以後較多接觸對外漢語教學，1996年赴韓國忠清大學講學，2004年赴日本神奈川大學講學。