张旭教授通英语，懂数学，学术兴趣广泛，曾在著名语言学家邢公畹先生指导下学习汉藏比较语言学和音韵学，与著名语言学家刘叔新先生亦师亦友，其学术思想深受邢、刘二位先生影响。主要研究方向为语言理论、汉语方言学、语法学、词汇学，兼及词典学和汉英对比与翻译等。
语言理论方面有《语言学论纲》（天津人民出版社，2002年6月）；
汉语研究方面有《语言问题探索》（天津古籍出版社，1995年8月）、《深县方言志》（生活·读书·新知三联书店，2003年5月）、《汉语汉字研究论集》（合编，王蕴智、张旭、董莲池、周宝宏，中华书局，2004年12月）、《汉语形态问题论稿》（中国社会科学出版社，2008年2月）、《汉语语言学问题》（商务印书馆，2015年8月）；
词典学方面有《简明英汉商业辞典》（主编，天津人民出版社，1992年4月）、《美国英语习用语辞典》（主编，天津人民出版社，1994年3月）；
英汉对比与翻译方面有Syntax in Chinese and English（《汉英句法比较》，英文，与美籍华裔学者Chikang Wu合著，1990年）。
主持过两部天津市社科基金项目：《词位复合理论研究》、《现代汉语形态研究》。
1998—2003年，担任天津师范大学汉语言文字学、语言学及应用语言学两个专业的学科带头人；2003—2007年，担任天津市语言学会副会长、天津师范大学语言学及应用语言学学科带头人。国家汉办HSK审题专家组成员。享受政府特殊津贴。
为本科生主要讲授现代汉语，为研究生主要讲授语言理论等课程。1994年以后较多接触对外汉语教学，1996年赴韩国忠清大学讲学，2004年赴日本神奈川大学讲学。