张玉瑶对医学图像成像、处理和分析领域有广泛的研究兴趣。她目前的主要工作是开发基于深度学习的高效计算机断层成像技术、磁共振影像去噪、超分辨率和图像重建方法。这些先进的算法进一步应用于人脑磁共振3D重建、多模态3D/4D婴儿和成人脑图谱构建、神经退行性脑疾病分析和3D人体组织参数化建模等医学图像分析问题。通过与其他研究机构和医院的广泛合作，她的实验室将医学影像技术与临床应用背景相结合，实现了基于磁共振图像的胎儿和婴儿脑结构发育轨迹构建，脑部微小神经核团的精准定位和退化模型构建。相关研究成果被应用于脑发育疾病（如胎儿脑室扩张）和脑退行性疾病（如帕金森症和阿尔茨海默病）的早期干预、临床诊断和手术治疗，以及Covid-19肺炎病程发展的影像学分析等前沿临床问题的研究。
在过去的五年里，张玉瑶在领域内的顶级学术期刊和会议，如Neuroimage、IEEE TMI、IEEE JBHI、Human Brain Mapping、Brain、MRM、NMR in Biomedicine、JMRI、Journal of Neurosurgery、IJCAI、CVPR、MICCAI、ISMRM、ISBI、EMBC和SIGGRAPH等上发表了60余篇论文。她是国际磁共振协会ISMRM的会员，并担任Neuroimage、IEEE TMI、IEEE TIP、IEEE TBME、Human Brain Mapping、Neurocomputing等10余个期刊的常规审稿人。她还担任了AAAI 2022会议的资深程序委员和Journal of Frontier in Neuroscience的客座编辑。她获得了上海市青年东方学者的称号，并主持了一项国家自然科学基金的面上项目。