Il s'intéresse à la diversité, à la paléoécologie et à l'histoire évolutive des tétrapodes paléozoïques et mésozoïques, en particulier les reptiles archosauriens et les thérapsides cynodontes, ainsi qu'à l'histoire de la biologie et de la paléontologie. Sues a découvert de nombreux nouveaux dinosaures et autres vertébrés terrestres éteints dans les strates continentales paléozoïques et mésozoïques en Amérique du Nord et en Europe.
Il est auteur ou co-auteur de plus de 150 articles et chapitres de livres sur la paléontologie et la paléoécologiedes vertébrés. Sues a écrit The Rise of Reptiles (Johns Hopkins University Press, 2019) et Triassic Life on Land: The Great Transition (avec NC Fraser; Columbia University Press, 2010). Il a édité Evolution of Herbivory in Terrestrial Vertebrates (Cambridge Univ. Press, 2000) et co-édité Terrestrial Ecosystems through Time (avec AK Behrensmeyer et al.; Univ. of Chicago Press, 1992), In the Shadow of the Dinosaurs: Early Mesozoic Tetrapods (avec NC Fraser; Cambridge Univ. Press, 1994), Major Transitions in Vertebrate Evolution (avec JS Anderson; Indiana Univ. Press, 2007) et Terrestrial Conservation Lagerstätten : Windows into the Evolution of Life on Land (avec NC Fraser ; Dunedin Academic Press, 2017). Il est également actif dans la promotion de la valeur des collections d'histoire naturelle pour répondre aux questions majeures de la science actuelle.
