Stephen Lory se celou svou vědeckou kariéru věnuje studiu bakterie Pseudomonas aeruginosa, která je široce rozšířená v životním prostředí a je významným lidským patogenem. Během postdoktorského studia na Harvardu studoval sekreci proteinových toxinů z P. aeruginosa, v čemž pokračoval ve své laboratoři na Washingtonské univerzitě, což vedlo k objevu systému sekrece typu II. Zde se také začal zajímat o mikrobiální genomiku a podílel se na projektu, jehož výsledkem bylo sekvenování první P. aeruginosa. Vyvinul první mikroarray pro P. aeruginosa, který umožnil badatelům definovat její transkriptom v širokém spektru prostředí. Po přestěhování na Harvard v roce 2000 byl jedním z prvních badatelů v oblasti cyklické nukleotidové signalizace. Jeho současná práce využívá hloubkové sekvenování jako nástroj pro pochopení bakteriální evoluce a úlohy malých regulačních RNA v regulaci genové exprese. Je aktivním recenzentem rukopisů a grantů pro NIH a Nadaci pro cystickou fibrózu a publikoval více než 140 článků v recenzovaných časopisech.