Marie-Josée est écologiste de formation. Ses recherches portent sur quatre domaines principaux : l'écologie spatiale, l'écologie forestière, l'écologie du paysage et les statistiques spatiales. Son programme de recherche étudie les effets des changements globaux (utilisation des terres et climat) sur la dynamique spatiale des espèces au niveau du paysage et de l'aire de répartition géographique, tant dans les écosystèmes forestiers à usages multiples que dans les réseaux aquatiques, afin de maintenir la biodiversité et la conservation des espèces. Grâce à ses travaux, Marie-Josée Fortin, titulaire de la Chaire de recherche du Canada en écologie spatiale, fournit aux écologistes de nouvelles méthodes d'analyse des réseaux qui peuvent être utilisées pour proposer des stratégies de gestion visant à faciliter la dispersion des espèces dans les paysages fragmentés, à maintenir la résilience des services écosystémiques ou à prévenir la propagation des maladies.