1995年，徐涛受邀到世界著名的德国马普生物物理化学研究所进行研究，在导师Erwin Neher教授（1991年诺贝尔生理与医学奖得主）的指导下，完成了博士论文，并继续进行博士后研究。Erwin Neher教授曾评价说：“徐涛在国际性的前沿研究工作中，思路创新，是过去25年中在其实验室工作过的最好的2-3人之一。”

　　1999年10月11日，正在美国学习的徐涛收到了一封来自母校华中科技大学的纳贤信。信中写道：“我校的生命学科基础比较好，非常需要你这样的学术带头人。学校一定会创造最好的条件，使你能安心工作……”热情洋溢的邀请，打动了年轻的徐涛。他毅然决定收拾行囊，回祖国效力。在他看来，中国的发展需要基础科学研究的突破，需要为科学献身的科学工作者，而飞速发展的祖国也为自己的科研事业提供了最好的舞台。

　　2000年6月，徐涛回国担任了华中科技大学生命科学与技术学院生物物理与生物化学研究所所长。在当时，他是国内招聘的少数几位在国际著名杂志上发过多篇论文后回国的学者之一。同年，30岁的徐涛被华中科技大学聘为“教育部长江学者奖励计划”特聘教授，并获得国家杰出青年科学基金资助。2007年，徐涛任中国科学院生物物理所所长、生物大分子国家重点实验室主任。2017年11月，徐涛当选中国科学院院士。近20年来，徐涛专注于前沿领域，学术成就斐然。他认为科研急功近利对于基础研究是非常危险的，他积极鼓励科学家的首创精神，鼓励“十年磨一剑”的甘于寂寞、淡泊名利的奉献精神。除了取得卓越的科研成就外，徐涛在教书育人方面也有非常独特的见解。他曾公开表示，科教融合是一张王牌，他说：“我们要培养的是有情怀的科学家，而不是精致的利己主义者。教育如果无法使学生感受到幸福，就没有存在的必要。”

　　2020年2月17日、18日、19日连续三天，作为一线城市、全国重要人口输入地的广州，新增新冠肺炎确诊病例为0。抗疫取得重大突破，离不开科学家的“统帅”作用，在钟南山院士、徐涛院士带领下，重点科研机构发挥了主力军箭头作用。作为中科院应对疫情科技攻关小组组长、广州再生医学与健康省实验室主任的徐涛院士亲自主持实验室科研攻关工作。广州再生医学与健康省实验室作为全省首批启动建设的四家实验室之一，充分发挥攻坚作用，围绕快速检测、治疗、疫苗等三个方向共部署首批应急专项，成立紧急攻关队伍，组织实验室优势力量进行集中攻关。