张双南从事空间天文研究近20年，在国内外有广泛影响。发明了地球掩食成像方法，发现了银河系内第二颗微类星体，提出了利用黑洞双星系统吸积盘的X射线辐射连续谱测量黑洞自转的方法，建立了类似太阳大气的三层结构黑洞吸积盘模型，提出了吸积黑洞系统、太阳等不同尺度天体中磁过程主导能量释放的学术思想。担任 “硬X射线调制望远镜卫星”首席助理和科学工作组负责人、中法合作SVOM卫星中方副首席和高能仪器负责人、921－2空间天文分系统首席等。2006年在捷克举行的第26届国际天文联合会大会上作整晚大会特邀报告。获美国NASA集体成就奖。SCI网络版收录论文123篇，包括第一作者《Nature》和《Science》各一篇，引用1899篇，他引1692篇，单篇第一作者最高他引134篇。