김상규 교수는 분자분광학 및 반응동역학 분야에서 독창적이고 선도적 연구를 지속적으로 수행, 국내 실험 물리화학을 세계적 수준으로 발전시키는 데 크게 기여해 왔다.
김 교수 연구실은 독창적 실험 장비와 방법론을 자체적으로 개발·구축, 기존 방법으로 접근하기 어려웠던 화학반응의 미시적 동역학에 대한 새로운 연구 영역을 지속적으로 개척해 왔다.
화학반응의 양자역학적 관점에서 핵심 개념인 ‘원뿔형 교차점(Conical Intersection)’의 다차원 구조와 비단열 동역학에서의 역할을 실험적으로 밝히는 중요한 성과를 거두었다. 이러한 연구 결과는 다수 해외 유수 전문서적에 소개되는 등 국제적으로 학문적 가치를 인정받고 있다. 원뿔형 교차점 부근에서 경쟁하는 서로 다른 선해리 반응 경로를 실험적으로 분리 관측함으로써, 원뿔형 교차점에서의 비단열 반응 동역학을 규명하는 데 새로운 전기를 마련하였다. 또한, 음이온 연구 분야를 초고속 동역학으로 영역을 확장, 과잉전자가 분자 구조 반응성에 미치는 영향을 규명하는 새로운 음이온 반응동역학 분야를 개척하고 있다.
김 교수의 학문적 성취와 국제적 영향력은, 다수의 주요 국제학술회의 초청강연, 국제학술지 Editorial Board Member 및 국제학술회의 조직위원으로서의 활발한 활동으로 이어지고 있다. 최근에는 분자과학 분야에서 오랜 전통과 권위를 지닌 Morino Lectureship에 선정, 그동안의 학문적 업적과 국제적 기여를 다시 한번 인정받았다.