Na zijn promotieonderzoek in Cambridge (Groot-Brittannië) op een keramiekonderwerp, werkte Van der Zwaag tien jaar bij Akzo Nobel aan de ontwikkeling van de polymeren supervezel 'Twaron'. Vanaf 1992 is hij hoogleraar aan de TU Delft en sinds 2003 leidt hij een onderzoeksgroep binnen de faculteit L&R. Zijn onderzoek is gericht op het ontwikkelen van nieuwe concepten voor metalen, polymeren, functionele materialen en self-healing materialen.

Van der Zwaag is tevens directeur van het Delft Centre for Materials en voorzitter van het nationale IOP programma voor self-healing materialen. Zijn onderzoek is fundamenteel van aard, maar heeft altijd duidelijke raakvlakken naar de industriële praktijk. Hij heeft meer dan vijfhonderd artikelen gepubliceerd in wetenschappelijke en technische tijdschriften. In 2011 werd hij door de Bond voor Materialenkennis genomineerd voor de prijs voor beste Nederlandse material scientist.