Interesele sale de cercetare se referă în principal la procesele legate de tectonica și geodinamica plăcilor, precum și seismologia cu proiecte recente privind interacțiunea dintre topografie și procesele profunde din Pământ. El a fost membru al echipei care a identificat mai întâi structura din tectonica de plăci veche de peste 1.5 miliarde de ani; a descoperit discontinuitatea litosferică mijlocie de importanță fundamentală a evoluției tectonice; și a descoperit un rol fundamental al activității magmatice pentru dezvoltarea bazinelor sedimentare importante din punct de vedere economic. A fost inițiatorul a peste 40 de proiecte geo-științifice de colaborare internațională la scară largă.
Hans Thybo este ales membru al Academiei Regale Daneze de Științe, unde a fost vicepreședinte timp de 6 ani; Academia Europaea; Academia Norvegiană de Științe și Litere; și Academia Daneză de Științe Naturale, unde este membru al consiliului de administrație. Este membru al Societății Geologice din America și al Societății Astronomice Regale din Londra. A fost reprezentant național la ICSU și a prezidat comitetul danez ICSU 2006-2017. A fost membru extern al consiliilor de facultate și al consiliilor de cercetare din mai multe țări. Este editor onorific al revistei Tectonophysics și editor asociat al altor reviste. În 2017 a primit Premiul pentru 1000 de talente de la China. A fost cofondator al Uniunii Geoștiințelor Europene, unde a ocupat funcția de președinte de divizie, secretar general și președinte. Thybo este în prezent președinte al Programului internațional pentru litosferă (ILP).