Politechnika Warszawska – asystent, w latach 1957–1959. Kierował zespołem projektującym i wykonującym prototyp jednej z pierwszych maszyn cyfrowych w Polsce.
Światową sławę zyskał po sformułowaniu w 1982 nowej teorii (stanowiącej uzupełnienie do teorii mnogości), którą nazwał teorią zbiorów przybliżonych (ang. rough set theory). Na tematy związane z tą teorią odbyło się wiele międzynarodowych konferencji, opublikowano kilka tysięcy artykułów naukowych i kilkadziesiąt książek. Jest też znany w związku ze swoją następującą działalnością:
Zbudował pierwszy komputer GAM-1 (Grupy Aparatów Matematycznych) – w 1950
Opracował nową metodę generowania liczb przypadkowych – w 1953 opublikował wyniki tych badań za granicą, była to pierwsza polska publikacja naukowa w dziedzinie informatyki.
Zaproponował nową metodę przedstawiania liczb w systemie pozycyjnym z ujemną podstawą (tzw. system arytmetyki minus dwójkowej ozn. „-2”). W latach pięćdziesiątych (na Politechnice Warszawskiej) skonstruowano pierwszą maszynę cyfrową UMC 1 funkcjonującą zgodnie z tą metodą. ZE ELWRO we Wrocławiu wyprodukowała kilkadziesiąt maszyn cyfrowych UMC 1.
Zaproponował nową klasę języków beznawiasowych stanowiących uogólnienie teorii znanej jako beznawiasowa notacja polskaJana Łukasiewicza.
Przedstawił nowy model formalny maszyny liczącej nazwany od jego nazwiska „maszyną Pawlaka”. Działanie jego komputera różniło się od maszyny cyfrowej, którą zaproponował Alan Mathison Turing (zwanej „maszyną Turinga”) oraz od koncepcji „maszyny z Princeton” Johna von Neumanna.
Stworzył pierwszy formalny model matematyczny kodów genetycznych DNA.
Opracował nowe podejście matematyczne do teorii konfliktów.
Laureat Nagrody im. Hugona Steinhausa za rok 1989[1]. W opublikowanej w 2020 roku tzw. liście top 2%[2], obejmującej autorów o najwyższych złożonych indeksach cytowań, uplasował się na najwyższym miejscu wśród wszystkich naukowców z polską afiliacją (jego 83 publikacje były cytowane w latach 1996-2019 łącznie 19 585 razy w 13 512 różnych pracach)[3].
PTI Sekcja Historyczna, Śladami Profesora Pawlaka (1926-2006) – polska szkoła sztucznej inteligencji, [w:] Prof. Zdzisław Pawlak 1926 – 2016 [online], Artykuł o życiu i pracach prof. Zdzisława Pawlaka napisany przez prof. Andrzeja Skowrona; List otwarty w sprawie polskich maszyn matematycznych z Trybuny Ludu (1956), historiainformatyki.pl [dostęp 2018-05-10](pol.).