V letech 1954 až 1972 byl Bucy profesorem neurochirurgie na Northwestern University v Chicagu, IL a poté byl jmenován profesorem neurologie a neurologické chirurgie na Bowman Gray School of Medicine ve Winston-Salemu. V roce 1972 vytvořil časopis „Chirurgická neurologie“ a byl jeho redaktorem až do roku 1987.
Paul Bucy je znám pro svou práci s experimentálním psychologem Heinrichem Klüverem (1897-1979) týkající se eponymního Klüver-Bucyho syndromu, což je porucha chování způsobená poruchou levé a pravé střední mozkové laloky. Oba muži byli schopni klinicky reprodukovat tuto poruchu u opic rhesus provedením oboustranné temporální lobektomie. Také s Percivalem Baileym prováděl důležitý výzkum mozkových nádorů, zejména oligodendrogliomů a meningiomů.