Seit 2019 arbeitet er am MPI als Senior Researcher und Leiter der Gruppe „Parameterized Algorithms & Complexity“. Zuvor war er in Berlin und Tel Aviv als Postdoc und Gastwissenschaftler. Von 2012 - 2019 arbeitete Marx am Institut für Informatik und Steuerung der Ungarischen Akademie der Wissenschaften (MTA SZTAKI). Der renommierte Wissenschaftler erhielt unter anderem den ERC Starting Grant und den ERC Consolidator Grant.
Seine Forschung konzentriert sich auf die Erforschung der ultimativen Grenzen algorithmischer Techniken zur Lösung schwerer Rechenprobleme.
Marx interessiert sich für „algorithm design problems“ und für die Anwendung der Komplexitätstheorie, um die grundlegenden Grenzen effizienter Algorithmen zu entdecken. Ein Großteil seiner Arbeit bezieht die Überlegungen der parametrisierten Algorithmik ein, um ein feineres Verständnis der Komplexität von Problemen zu erhalten.
Er hat an einer Vielzahl von kombinatorischen Problemen gearbeitet, die aus der algorithmischen Graphentheorie, der kombinatorischen Optimierung, sowie von Constraint-Solving-Probleme und anderen Bereichen stammen.