50多年来，除参加国防任务的几年外，赵忠贤一直从事超导研究，是我国高温超导研究的奠基人之一。
超导临界温度很低，广泛应用受到影响，寻找液氮温区的高温超导体甚至室温超导体一直是科学家长期的梦想。在百余年超导研究史中，出现了两次高温超导重大突破，赵忠贤及其合作者都取得了重要成果：即独立发现液氮温区高温超导体和发现系列50K以上铁基高温超导体并创造55K纪录。
赵忠贤是国际上最早认识到柏诺兹和缪勒关于“在Ba-La-Cu-O中存在可能高达35K超导性”（后获诺贝尔奖）的重要意义的少数几位学者之一。该工作与他多年坚持的“结构不稳定性可以导致高临界温度”的思路产生共鸣。1987年2月，赵忠贤及合作者独立发现液氮温区高温超导体，并在国际上首次公布其元素组成为Ba-Y-Cu-O，推动了国际高温超导研究热潮。1987年获得第三世界科学院TWAS物理奖，这是中国科学家首次获此奖项。1989年因“液氮温区氧化物超导电性的发现”获国家自然科学奖集体一等奖（排名第一）。
赵忠贤的第二个主要贡献是发现系列50K以上铁基高温超导体并创造55K纪录。长期的坚持和积累，赵忠贤在探索新的高温超导体方面逐渐地发展了一种新的思路，即存在多种合作现象的层状四方体系中，有可能实现高温超导。2008年日本一小组报道了LaFeAsO有26K的超导电性，赵忠贤结合他的学术思路，认识到其中可能孕育着新的突破。基于LaFeAs(O,F)压力效应研究，赵忠贤提出轻稀土元素替代和高温高压的合成方案，率先将铁基超导体的临界温度从26K提高到52K，显著超过了40K的麦克米兰极限。很快又合成了绝大多数50K以上的系列铁基超导体，创造了大块铁基超导体55K最高临界温度纪录。2013年，赵忠贤因“40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质研究”荣获国家自然科学奖一等奖；2015年，获得国际超导领域重要奖项Matthias奖。
赵忠贤坚持高温超导研究40年。他注重培养人才，积极为年轻人营造良好环境。他是我国高温超导研究主要的倡导者、推动者和践行者，为高温超导研究在中国扎根并跻身国际前列做出了重要贡献。
