徐教授在智能研究领域从事研究30余年，有多个先驱性研究成果。例如，1989年发明的RHT变换至今仍常见于模式识别中形状识别的主要研究中。1992年提出的分类器集成之三级框架是如今广为研究的集成学习和信息融合的先驱成果之一。1992年发明的RPCL学习开了无监督学习中模型自动选择之先河，至今仍有许多应用和发展。1991年提出的LMSER自组织学习，最先揭示了Hebb学习辅以S非线性实现独立化学习，且同文中提出的自组织多层神经网络和双向修正算法酷似现今神经网络深度学习的典型方法之一。特别地，徐教授1995年创立并多年致力发展了贝叶斯阴阳和谐学习理论体系，提供了新的理论和方法，也为理解多个现有学习理论提供了统一框架。这些成果被广为引用和发展，据Google Scholar被引用量逾一万二（最大单篇2486，前十篇逾7000且每篇逾270），而Web-of-Science被引用量逾5000次（最大单篇1177，前十篇逾3500且每篇逾100）。
徐教授的研究还涉及启发搜索、因果发现、EM收敛分析、混合专家、径向基网、时序子空间、多流形学习、计算金融、以及离散组合优化等等。许多成果已被国内和欧美日等许多研究单位广泛应用于雷达、遥感、材料、软件、网络、机器人、自动驾驶、精密制造、医学图像等领域。应邀在欧美、亚太举办的高水平学术会议上做大会报告/特邀报告大几十次。担任过十个国际学术期刊之副主编或编委，例如，Neural Networks 达22年（1994-2016, 在中港台学者和内地出国留学人员之中，是首位担任这个角色；Intl Journal of Neural Systems（1993-2004）达11年，也是任此刊编委的最早華人； IEEE Tr. Neural Networks（1994-1998）；也是最早任Neurocomputing 编委的華人之一，从1995至今仍在继续担任；还于2014年创刊 Springer-Nature OA Journal Applied Informatics并任主编至今。还在各种学会中担任各种重要角色，例如，曾在IEEE、国际和亚太相关领域的学会中担任许多种职务，包括2001-2003年任国际神经网络学会INNS理事会理事（是中国学者最早当选此任的二人之一，另位是北大当时常务副校长迟惠生）、亚太神经网络学会主席、INNS award committee委员、IEEE计算智能学会Fellow Committee委员，。。。，等等；还在欧美、亚太举办的许多高水平学术会议任大会主席、名誉或顾问委员会主席、程序委员会主席、和委员等；并且于1995年起连续3年任顶级年会NIPS之大中华地区的Liaison。主持承担过20多个香港RGC项目，担任香港RGC工程委员会评委6年，还受邀为日本巨奖Kyoto prize (2004,2008,2012,2015) 和香港巨奖LUI Che Woo Prize (2016，2017)的nominator为其推荐候选人。