先後獲新加坡傑出青年科學家獎（2000），新加坡國家科學獎（2003），國家自然科學基金海外及港澳青年學者合作研究基金（2003）， 國家傑出青年科學基金（2006）。張東輝研究員致力於發展有效的理論與計算新方法研究發生在氣相、團簇、固體表面、以及生物分子中的原子分子運動、反應、能量轉移等。
1988年還在大學讀書的時候，通過了由”諾貝爾物理學獎”得主李政道博士主持的中美聯合招收物理博土生考試(CUSPEA)，於1989年到美國紐約大學攻博士學位，從事量子化學反應動力學的研究，到1993年底在運用含時散射理論計算器原子反應中，獲得突破性進展。1994年獲理學博士(PHD)學位，並榮獲紐約大學人文與自然科學學院頒發給畢業生的最高獎（這種大獎學院每壹年只頒發給最有學術成就的學生壹名）。畢業後到芝加哥大學做博士後，仍從事量子化學反應動力學研究，據有關資料顯示：發表數十篇論文，其中20篇發表在世界化學物理最權威的雜誌上。張東輝在精確計算多原子反應研究上已占世界領先地位。
1997年張東輝到新加坡國立大學任教，下面是壹些報刊和專家對張東輝研究成果的壹些評價：
新加坡《聯合早報》評論說：張教授已成功地開辟了壹個重要的方程式，讓電腦可以根據這個方程式模擬三個氫原子和壹個氧原子的反應。目前世界上就只有他做到這個成果。因研究利用超速激光進行化學作用，而獲1999年諾貝爾化學獎的美籍埃及裔澤韋教授，在諾貝爾獎演講中引用了張東輝的理論。
張東輝的理論證明了壹組德科學家在1993年進行的壹個實驗可能是錯的。如果最後證實那個實驗是不正確的話，世界各國科學家將會嘗試重做這個實驗。
芝加哥大學壹位教授稱：張東輝做出的科學研究成果，我無法找到另壹位35歲以下的理論分子學家。