开拓环境经济学，研究碳排放、气候变化与经济增长
经济学的核心是实现有限资源的最优配置，追求资源约束下的效用最大化。人类经济社会发展的最大外部约束之一是其所处的自然环境，某地能源或矿产的发现带来繁荣，资源的耗竭又引发衰落，不同地区之间通过自由贸易交换资源，或发动战争掠夺资源。在讨论人与自然的关系时，经济学家更关注能源矿产等自然资源的稀缺性，典型代表如罗马俱乐部《增长的极限》，而往往忽视自然环境承载力的有限性，低估环境污染和生态破坏产生的不良后果。
近年来极端气候出现的频率不断上升，几十年一遇的灾害时有发生，其中一个重要诱因便是全球变暖，背后则是人类活动带来的大量碳排放。诺德豪斯致力于研究的问题是人类的经济活动如何影响自然环境，自然环境变化又将如何作用于人类社会，人类要怎样才能实现与自然的良性互动，具体表现为碳排放、气候变化与经济增长之间的相互作用机制。
1、气候-经济综合评估模型：经济活动与气候变化的交互影响
诺德豪斯对该领域的研究始于1970年代，当时科学家越来越关注化石燃料燃烧产生的温室气体排放带来的全球变暖问题及其可能引发的后果。该领域属于交叉学科，自然科学可以查明全球变暖的前因后果，但缺乏对经济活动与政策制定的理解；经济学擅长于后者，但对前者无能为力。诺德豪斯集自然科学与经济学之所长，在索洛增长模型中纳入碳排放带来的全球变暖的负外部性，开创性地构建了一个关于全球经济-气候系统的简单、动态且量化的模型框架，即综合评估模型(IAMs)，以研究经济活动与气候变化之间的双向反馈循环。该模型框架能够模拟经济和气候在不同的自然、市场与政策假设下如何共同演化，进而在不同的全球场景和政策干预中做出最优选择。
诺德豪斯的综合评估模型(IAMs)包含三大相互作用的模块：
碳循环模块分析了全球的CO2排放如何影响大气中CO2的浓度，刻画了CO2排放如何在三个碳库(大气、海洋表面和生物圈、深海)之间循环。该模块构建了大气中CO2浓度的时间曲线。
气候模块分析了CO2及其他温室气体的大气浓度如何影响进出地球的能量流之间的平衡，刻画了全球能量收支随时间的变化。该模块构建了气候变化关键指标(全球气温)的时间曲线。
经济增长模块分析了经济主体如何运用资本、劳动和能源进行生产活动，描述了不同的气候政策(碳税或碳配额)如何影响经济增长和CO2排放。该模块构建了GDP、社会福利和全球CO2排放的时间曲线，以及气候变化造成破坏的时间曲线。
上述三大模块共同组成了一个简单、动态交互的世界模型，有两大版本：区域综合气候-经济(RICE)模型以及动态综合气候-经济(DICE)模型。诺德豪斯的综合评估模型(IAMs)能够模拟出保持现状或者采用不同政策干预产生的结果，有助于将市场经济引向平衡社会成本与收益的合理碳排放水平。
2、诺德豪斯的政策主张：碳税和绿色GDP核算
诺德豪斯建议，解决温室气体排放问题的最高效方式是建立全球碳税机制。环境污染具有较强的负外部性，一国的温室气体排放进大气层，引发全球变暖，最终造成他国受损。环境污染的总成本并不完全由污染者自身承担，从而导致污染高于均衡水平，社会福利减少。政府需要通过征收庇古税来纠正负外部性，使用碳税或碳交易等政策干预抑制温室气体排放。诺德豪斯的量化模型为计算最优的碳税安排提供了条件。
考虑到外部性问题，诺德豪斯和托宾提出了“净经济福利指标”(net economic welfare)，主张把城市中的污染、国防开支和交通堵塞等经济行为产生的社会成本从GDP中扣除；同时加入以往通常被忽略的经济活动，例如家政服务、社会义工等，奠定了“绿色GDP”核算的理论基础。
3、机会主义周期理论：政党政治对经济周期的影响
诺德豪斯是一位研究兴趣广泛且高产高质的经济学家，除了上述环境经济学方面的卓越贡献以外，他在宏观经济学领域也有突出表现，其中影响最大的是1975年发表的《政治经济周期》，被引次数高达4786。诺德豪斯在该文中提出了“机会主义周期理论”，认为政党政治会对经济周期产生显著影响。
在以往的经济周期理论当中，政府通常扮演超然无私的社会计划者的角色，其主要职责是进行逆周期调控以平抑经济波动。但是事实上组成政府的政党和官员都是理性自利的经济个体，其机会主义行为是经济周期波动的重要来源之一。对于执政党和在任官员来说，最重要的是下届连任。而选民具有两大特点：一是根据通胀和失业等经济表现选择是否支持，二是较为短视，近期的经济表现对其投票决策影响更大。因此执政党和在任官员会采取机会主义行为，在选举之前通过财政扩张等方式刺激经济来吸引选票，在选举之后再进行政策紧缩弥补赤字抑制通胀。定期选举和政党操纵导致经济出现周期性的扩张和收缩，从而使经济呈现出显著的政治周期。
