José Paruelo ha estudiado a lo largo de su carrera distintos aspectos de la estructura y funcionamiento de los ecosistemas. En sus estudios describió la heterogeneidad de la vegetación y el paisaje en áreas de pastizales y arbustales, la dinámica del agua y el C en sistemas áridos y la influencia de las actividades antrópicas sobre los ecosistemas Sus trabajos cubren distintas escalas, desde análisis a nivel continental a estudios en parcelas experimentales, y diversas área biogeográficas (la Patagonia argentina, los pastizales argentinos y uruguayos, las zonas áridas del Sur de España, las grandes Planicies Norteamericanas, el Chaco Sudamericano). Las aproximaciones experimentales de sus estudios incluyen desde experimentos en invernáculos a análisis basados en técnicas de teledetección y modelos de simulación.