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高温超导材料（临界温度在40K即零下233℃，以上的超导体）主要有两大类：铜氧化物超导体和铁基超导体。
在铜氧化物方面，赵忠贤领导的团队独立发现了第一个液氮温区的超导材料。在铁基超导体方面，陈仙辉研究组首先将超导转变温度提高到麦克米兰极限之上，证明铁基超导体确实是非常规的高温超导体，而赵忠贤研究组创造并保持了在块状材料中超导转变温度的记录。
在提高超导转变温度的同时，赵忠贤和陈仙辉对于高温超导的物理机制做了大量系统性的研究，在过去数十年内推动了高温超导领域的发展。
1908年7月10日，荷兰莱顿大学的教授海克·卡末林·昂内斯如往常一样在实验室进行着他的低温物理学研究。但不同以往的是，在这天下午，他第一次将氦气液化，以﹣269℃（4.2K，K为温度的国际单位开尔文）刷新了人造低温的新纪录。
这一天，极低温物理世界的大门对人类打开。此后1911年，被同行尊称为“零度先生”（人类所能达到的最低温度为绝对零度）的昂内斯又将汞冷却到了4.2K以下，此时他测量到其电阻几乎降为零。这就是超导现象的发现，超导即指材料在低于某一温度（临界温度）时电阻变为零，这意味着电的传输将能最大限度地降低损耗。
电学现象总是和磁学现象相生相伴，超导现象里除了零电阻这个特征外，完全抗磁性就是另一个重要特性，磁共振成像、超导磁悬浮列车等都基于其发展起来。一百多年来，科学家们前赴后继，不断寻找临界温度更高的超导材料，这样的材料才可能降低成本大规模应用。
超导领域的发展过程中可以说有几个关键节点：超导理论的建立、高温超导体的出现，以及现在受到广泛关注的对室温超导的探索。
从发现超导现象开始，如何解释现象背后的物理机制就成为关键问题。在这个探索过程中，出现的比较著名的理论有二级相变理论、伦敦方程、皮帕理论、金兹堡-朗道理论等。对于此后发展影响力最大的是1957年美国物理学家约翰·巴丁、利昂·库珀和约翰·罗伯特·席弗提出电子-声子耦合理论（简称“BCS理论”）。
BCS理论认为，在低温下，金属中的电子之间会形成一种特殊的配对状态，称为库珀对。库珀对之间可以相互作用，形成一个相干态，其可以无阻碍地流动，不受杂质或晶格振动的影响，因此具有零电阻。同时，库珀对也会排斥外部磁场，使得超导体内部没有磁感应强度，这就是完全抗磁性或迈斯纳效应。
然而1968年，美国物理学家麦克米兰根据当时唯一一个成功解释超导现象的BCS理论断定，一般超导体的临界转变温度不可能高于40K（约-233.15℃），这个温度被学界称为“麦克米兰极限”。这也是超导领域的“至暗时刻”，整个领域进入了低谷期。因为如果不能突破“麦克米兰极限”，那么科学家们曾经以为存在的“高温超导体”就是水中月镜中花。
1986年9月底，IBM苏黎世实验室的贝德诺兹（J.G.Bednorz）和缪勒（K.A.Müller）在一本不太起眼的学术杂志上宣称，发现了钡镧铜氧化物在35K（约-238.15℃）的环境下呈现超导现象。当时的国际学界对此看法不一，怀疑这是否又是一次“狼来了”。但赵忠贤敏锐察觉到这篇论文不同以往，在10月初开始了对钡镧铜氧化物的研究。
“由于我们这10年的积累，使得我们认识到结构不稳定性和高温超导的关系。所以当我们看到瑞士科学家的文章以后，立刻就产生了共鸣。我们抓紧重复他们的结果，并且要思考怎样在这个基础上找到更高临近温度的超导体。”赵忠贤接受采访时表示。
那时候日本和美国的几个实验室也都在尝试。1986年11月13日，日本最先传来消息，东京大学的田中昭二教授证实了贝德诺兹和缪勒的实验结果。各个实验室都进入激烈的竞争状态，铆足劲要带来更具突破性的进展。
1986年12月，赵忠贤与同事也第一次在镧钡铜氧系统中，观察到起始温度为70K（约-203℃）的超导转变迹象，这已经离77K（约-196℃）液氮温区不远了。-196℃的液氮温区意味着制冷难度和成本的大幅度降低，液氮的价格只有液氦的几十分之一，可以像打热水一样一次打一热水瓶。
全世界寻找高温超导的热情又一次被点燃了，此后捷报频传。1987年2月19日深夜，赵忠贤在钇钡铜氧化物中发现了临界转变温度93K（约-180℃）的液氮温区超导体，实验结果可以重复。赵忠贤也成为国际物理学界口中的“北京的赵”，他的研究使得便宜好用的液氮可以取代原本昂贵的液氦来创造超导所需的低温环境。
此后超导家族除了已发现的金属和合金超导体、铜氧化物超导体、重费米子超导体、有机超导体外，没有新发现，整个领域再次沉寂。
不过1986年高温超导材料的发现改变了一个年轻人的命运，此后他也为超导领域续写出新的故事。------陈仙辉
2008年3月底陈仙辉团队率先将SmFeAsO1-xFx体系的超导温度在常压下提高到43K（-230.15℃），突破了传统超导体40K的麦克米兰极限。
陈仙辉说，“如果一个超导体的临界温度高于40K，那就是一个BCS理论可能不能解释的体系，可能属于非常规超导体。我们的工作就证明了铁基超导体是继铜氧化物高温超导体之后的第二个非常规高温超导体，至今也只有这两类。
紧随其后，也是在3月底，赵忠贤团队成功在PrFeAsO1-xFx中将铁基超导体的超导转变温度提高到52K，随后于4月在SmFeAsO1-xFx实现了铁基超导体块体材料中的最高转变温度55K（-218.15℃）并合成出系列50K以上铁基超导体。
2008年，《科学》（Science）评选的年度世界十大科技进展就将铁基高温超导体的发现（包括日本和中国科学家的工作）纳入其中。
2008年合成的系列铁基超导体电阻-温度转变曲线。
“从1911年的4.2K临界温度，到1986年临界温度不到24K（约为-249.15℃）的高温超导体，这中间经历了75年。也就是说人类这么多科学家在这个领域工作，75年只将超导温度提高了20K。但在1986年铜氧化物超导体发现以后，到现在常压下的超导转变温度达到132K（约-141.15℃）。相对前面不到24K，一下子就突破了100多K
2008年以后，超导领域的科学家们开始向最终的“圣杯”发起挑战——寻找室温超导材料。室温超导是指在常压或接近常压的条件下，在室温或更高温度下出现的超导现象，被称为物理学“圣杯”。
超导材料有两个特性——零电阻和完全抗磁性，零电阻即电流通过超导体没有能耗，电阻为零。“从材料的角度来讲，它既是一个能源材料，也是一个信息材料。”陈仙辉说，“我们现在的技术发展就是主要三类，一类是能源、信息、生物技术。而超导材料既可以支撑能源技术也能支撑信息技术，具有广泛的应用，如核磁共振，超导磁悬浮列车。在科学里，可控核聚变的温度都是上亿度以上，没有材料可以把它约束，那么主要是用超导，托克马克核聚变实验装置加速器里用的电子加速跟控制也需要超导。”
而如果能够实现常压室温下的超导状态，那么就可以摆脱冷却系统的束缚，真正大规模使用超导技术。“如果发现室温超导，它给人们生活带来的变化将是天翻地覆的。到那个时候，我们出门可以坐上悬浮的超导车，甚至手机、手提电脑充一次电就能用上好几个月。”陈仙辉设想道，“人类文明可以用材料来划分，室温超导材料就可以成为划分人类社会文明时期的标志性材料。”