张其明的学术研究主要集中在理论物理和数学物理领域，尤其是弦理论、量子引力和量子场论，并特别关注对称性和对偶性在这些领域中的应用。涵盖了广泛的物理学前沿问题，从全息原理与黑洞研究到拓扑缺陷与广义对称性，再到无序模型与高自旋引力等多个主题。在全息原理框架下，张其明开发了利用超荷上同调来研究黑洞微观态的方法。这一方法超越了传统的Strominger-Vafa微观态计数，揭示了黑洞微观态的波函数信息，并对不同类型的微观态进行了分类，从而对模糊球纲领提出了挑战。张其明还开创性地研究了不可逆对称性及其't Hooft反常，突破了物理学界百年来对对称性概念的传统理解。其工作揭示了这些不可逆对称性在强相互作用系统中的关键作用，并推导出了自发不可逆对称性破缺的普遍约束。这些成果已广泛应用于重整化群流的分析和可积系统振幅的约束上。在弦理论的核心问题上，张其明提出了一个基于全息原理的三重对偶，将弦理论、高自旋引力和Chern-Simons向量模型联系起来，进一步完善了弦张力起源的猜想。阐明了无张力极限下弦与高自旋粒子之间的关系，并通过具体模型的构建，首次定量研究了从高自旋理论到弦理论的过度过程，为这一领域提供了实质性的证据。
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