Les recherches de Susan Athey portent sur l'organisation industrielle, la théorie microéconomique et l'économétrie appliquée. Ses recherches actuelles portent sur la conception de marchés basés sur les enchères et sur l'économie d'Internet, principalement sur la publicité en ligne et l'économie des médias d'information. Elle a également étudié les mécanismes dynamiques et les jeux à information incomplète, la statique comparative sous incertitude et les méthodes économétriques d'analyse des modèles d'enchères.