يعمل البروفيسور طارق الخليفة أستاذًا لعلم الجيوفيزياء في برنامج هندسة وعلوم الأرض في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست)، ويتخصص في اكتساب البيانات الزلزالية ومعالجتها في الطبقات القريبة من السطح لتحسين دقتها وجودة معالجتها. وقبل انضمامه إلى كاوست كأحد أعضاء هيئة التدريس المؤسسين عام 2009، شغل منصب مدير معهد أبحاث النفط والغاز في مدينة الملك عبد العزيز للعلوم والتقنية (كاكست)، وتولى عدة مناصب بحثية فيها شملت أستاذًا مشاركًا وأستاذًا مساعدًا وباحثًا. وبالتزامن مع تحصيله لدرجة الدكتوراه من كلية كولورادو للمناجم في الولايات المتحدة، عمل الخليفة باحثًا لما بعد الدكتوراه في مشروع ستانفورد للاستكشاف بجامعة ستانفورد (1996–1998). وقد حصد طوال مسيرته البحثية العديد من الجوائز المرموقة تقديرًا لإسهاماته المؤثرة في مجال الأنيسوتروبية الزلزالية، منها جائزة كونراد شلومبرجيه من الرابطة الأوروبية لعلماء ومهندسي الجيوفيزياء (EAGE). وهو عضو نشط في هذه الرابطة وفي الجمعية العالمية لعلماء الجيوفيزياء الاستكشافية، إضافةً إلى عضويته في العديد من الجمعيات المهنية الأخرى.​

تركّز أبحاث البروفيسور الخليفة على تطوير تقنيات التصوير الزلزالي وبناء نماذج التسارع، ووضع معادلات تفاضلية جزئية جديدة لتبسيط عمليات النمذجة والتصويرالزلزالي، مع التركيز على الوسائط التي تُظهر سلوكًا غير متماثل في انتشار الموجات الزلزالية. وتشمل أبحاثه أيضًا توظيف تقنيات التعلم الآلي والذكاء الاصطناعي لتطوير أساليب مبتكرة لعكس الموجات الزلزالية وتحسين التصوير الزلزالي، فضلًا عن تعزيز التطبيقات المرتبطة بالمخاطر البيئية تحت سطح الأرض، مثل تسريبات خطوط الأنابيب وانهيارات التربة (الحفر الأرضية). ويقود الخليفة اتحاد أبحاث Deepwave، المموّل من أكثر من 10 جهات صناعية، والذي يهدف إلى أدوات التعلم الآلي للمساعدة في تحسين التصوير وعكس الصور تحت سطح الأرض لتطبيقات في مجال التنقيب ومراقبة ما تحت سطح الأرض.​