Với nền tảng đào tạo liên tục từ khí tượng – thủy văn đến biến đổi khí hậu và hơn 20 năm nghiên cứu tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, TS. Nguyễn Xuân Hậu tập trung vào việc phát hiện và quy kết các biến động khí hậu hiện đại bằng cách đặt chúng trong dòng chảy dài hạn của lịch sử tự nhiên. Sau quá trình đào tạo Tiến sĩ và sau tiến sĩ tại Đại học Quốc gia Thành Công, Đài Loan, ông phát triển hướng nghiên cứu chuyên sâu về cổ khí hậu, nơi những vòng cây hàng trăm đến nghìn năm tuổi được sử dụng như một “biên niên sử tự nhiên” để tái thiết khí hậu quá khứ. Cách tiếp cận này cho phép ông nhận diện dấu ấn của các dao động khí quyển–đại dương quy mô lớn như ENSO và PDO lên chế độ mưa, gió mùa và thiên tai cực đoan trong khu vực — đặt nền tảng khoa học cho bài toán phát hiện, quy kết và dự tính biến đổi khí hậu.

Từ nền tảng đó, nghiên cứu của TS. Hậu mở rộng sang định lượng phản ứng của hệ sinh thái rừng nhiệt đới trước các áp lực khí hậu — cung cấp cơ sở khoa học cho bài toán dự tính động lực tăng trưởng rừng trong các kịch bản biến đổi khí hậu tương lai. Kết hợp với kinh nghiệm mô hình hóa thủy văn và ứng dụng GIS, ông đã tham gia đánh giá rủi ro ngập lụt và xây dựng bản đồ tác động khí hậu cho nhiều lưu vực sông Việt Nam, phục vụ trực tiếp cho công tác quy hoạch phát triển và ứng phó thiên tai. Các hướng nghiên cứu này, từ giải mã quá khứ đến dự tính tương lai, tạo nên một tiếp cận tích hợp và có chiều sâu trong ứng phó với biến đổi khí hậu tại Việt Nam và khu vực Đông Nam Á.