김종성 교수는 뇌졸중 분야의 세계적 석학으로 뇌졸중과 관련해 지금까지 발표한 논문은 500여 편에 이른다. 그중 390여 편은 SCI(Science Citation Index) 논문으로 세계의 많은 의학자들에게 뇌졸중에 관한 자신의 연구결과를 알리며 지대한 학문적 영향을 끼쳤다.
뇌졸중은 발생 부위에 따라 두개강내(머릿속) 혈관에서 생기는 뇌졸중과 목을 지나는 경동맥에서 발생하는 뇌졸중으로 나뉜다. 그런데 서양인들에게 발생하는 뇌졸중은 거의 경동맥이 원인인 데 비해 동양인들에게 발생하는 뇌졸중은 경동맥보다 머릿속 혈관이 원인인 비율이 2~3배 높다. 서양인이 집필한 교과서가 한국인의 뇌졸중 치료에 큰 도움이 되지 못했던 이유가 바로 서양인에게 많이 발생하는 경동맥이 원인인 뇌졸중만을 다뤘기 때문이다. 김 교수는 이에 학문적 불모지에 가까웠던 두개강내 뇌혈관질환의 분류 및 발병 기전, 치료에 대한 연구를 꾸준히 해오며 그 결과를 논문으로 발표했다. 김 교수의 연구는 사실상 그 분야에서 세계 최초의 연구나 다름이 없어서 해외 의학자들의 높은 관심을 끌었다.
김 교수는 2008년 두개강내 뇌졸중에 대한 그동안의 연구결과를 묶어「두개강내 동맥경화(Intracranial Athero Sclerosis)」라는 신경과학 교과서를 세계 최초로 냈다. 김 교수의 책은 한국뿐 아니라 전 세계의 의과대학에서 두개강내 뇌졸중을 배울 때 없어서는 안 될 교재로 이용되고 있다.
또한 김 교수는 뇌간뇌졸중, 뇌졸중의 감각 장애 분야에서도 독창적인 많은 논문을 발표하며 세계적으로 인정을 받고 있다. 특히 그동안 원인을 규명하지 못해 증후군이란 꼬리표를 붙여 불리던 뇌간뇌졸중 환자들의 복잡한 증상들을 뇌의 해부와 MRI를 통한 혈관 상태 분석을 통해 체계적으로 분류해 주목을 받고 있다. 김 교수는 뇌간뇌졸중의 연구결과를 모은 「후두부 뇌졸중(Posterior Circulation Stroke)」이라는 영문 교과서를 집필 중이다. 이 책은 2019년 하반기에 출판될 예정이다.
김종성 교수는 연구뿐만 아니라 빠른 치료를 통해 환자들의 회복속도를 높이는 데에도 심혈을 기울였다. 치료시간 단축이 뇌졸중 치료 효과를 높이는 데 가장 중요하다는 점을 잘 알고 있던 김종성 교수는, 2016년 서울아산병원 뇌졸중센터 전담진료팀을 구성해 환자가 응급실에 도착한 이후 막힌 혈관을 뚫는 데까지 걸리는 시간을 종전 46분에서 세계 최고수준인 20.5분으로 절반 이상 줄이는 데에 성공했다.
또한 혈전용해제 투여 후에도 막힌 혈관이 충분히 뚫리지 않을 때 시행하는 혈전제거술의 소요시간도 응급실에 MRI장비를 설치함으로써 기존 156분에서 86.5분으로 크게 줄였다.
김종성 교수의 주도로 설립된 서울아산병원 뇌졸중센터는 신경과뿐만 아니라 신경외과, 영상의학과, 재활의학과 등 여러 진료과 사이의 긴밀한 협력을 통해 뇌졸중 치료 기술을 극대화하여 세계적 수준의 치료성적을 내며 여러 병원에서 뇌졸중에 관해 가장 수련받고 싶은 센터로 발전했으며, 해외 신경과 의사들이 매년 찾아와 연수를 받고 있다.
김종성 교수는 뇌졸중 분야에 대한 학문적 기여도가 인정돼 2018년 한국인으로서는 최초로 세계뇌졸중학회 이사로 선출되기도 했다.