Sheffield Political Economy Research Institute säger att en ökning av antalet kvalificerade arbetstillfällen skulle hindra norr från att falla längre efter söder.
Författaren Tom Hunt sa att tillverkning var en "bra bas att bygga vidare på".
Regeringen sa att forskningen, på uppdrag av BBC Sheffield, stödde fallet för dess norra Powerhouse.
Resultaten kommer från en översyn av ekonomierna i Sheffield, Brighton och omgivande områden, och Oxfordshire.
Publicerad i veckan kansler George Osborne kommer att leverera sitt Höst uttalande, och strax över en månad efter politiska ledare i Sheffield City Region satte penna till papper om en devolution affär, rapporten för BBC Radio Sheffield avslöjar utmaningen inför kanslern i kick-start Northern Powerhouse.
I rapporten jämfördes områden som sysselsättning, löner och ekonomisk produktion i Sheffield City Region, Oxfordshire och Coast to Capital (som sträcker sig från Brighton till södra London) Local Enterprise Partnerships (LEP).
Den drog slutsatsen att Sheffields svagare resultat sedan finanskrisen 2008 är ett "indikation om att den decennier långa trenden i södra England avsevärt fortsätter att överträffa norr".
Rapporten tillade: "I samband med åtstramningspolitiken och utsikterna till ytterligare minskningar av de offentliga utgifterna, ser ekonomin i södra England ut att fortsätta betydligt att överträffa norra England."
Hunt sade att forskningen hade använt ekonomiska indikatorer, inklusive sysselsättning och arbetslöshet, veckolön och ekonomisk produktion för att se hur de tre ekonomierna har fungerat sedan den globala finanskrisen slog till 2008.
Han sade: " Det vi såg under de senaste tio åren är att Sheffield City Regions ekonomi genomgående hade högre arbetslöshet än de två områdena i söder.
"Vi såg också att lönen i genomsnitt var lägre i Sheffield City Region än i de två sydliga regionerna och vi såg att den ekonomiska produktionen för Sheffield City Region var lägre under hela det senaste årtiondet."
Han sade: " En av de mer överraskande elementen var när man tittar på den ekonomiska produktionen [bruttoförädlingsvärde (GVA)] i Sheffield City Region.
"Detta är en ekonomi som bidrar med 30 miljarder pund till den totala brittiska ekonomin om året, men när man bryter ner det till ekonomisk produktion per person kommer Sheffield City Region ut 38: e av 39 regioner i England.
"Siffran per person är runt £ 17.000 per huvud - endast Cornwall och Isles of Scilly har en lägre siffra."
Han sade att en av de främsta orsakerna till det låga bruttoförädlingsvärdet var antalet personer i Sheffield som var anställda i låglöne- och lågkvalificerade arbeten, såsom detaljhandel, hotell och restaurangbranschen.
"De områden i söder har sett andelen människor som arbetar i den sektorn minska under de senaste tio åren, men i Sheffield City Region de har stannat platt," sade han.
"Sedan 2012 när den ekonomiska återhämtningen började äga rum de flesta nya jobb i Sheffield City Region har varit i den detaljhandeln, hotell och restaurangsektorn, så vad vi behöver i Sheffield City Region är jobb i de högre värde sektorer som finans, såsom professionella tjänster och fastighetstjänster som de södra ekonomierna har mycket mer av."
Tillverkning utgående från material enligt vilket HS-nummer som helst, utom material enligt samma HS-nummer som produkten
När det gäller sysselsättning
262 500 Offentliga tjänster; Utbildning; Hälsa
162 300 Partihandel & Detaljhandel; Hotell; Restauranger
113.600 Tillverkning
990 000
När det gäller sysselsättning
290 600 Offentliga tjänster; Utbildning; Hälsa
192.000 Finansiering; Bank & Försäkring; Egendom; Professionella tjänster
160 400 Partihandel & Detaljhandel; Hotell; Restauranger
Tillverkning utgående från material enligt vilket HS-nummer som helst, utom material enligt samma HS-nummer som produkten
När det gäller sysselsättning
115 500 offentliga tjänster; utbildning; hälso- och sjukvård
60.800 Finance; Banker & Försäkring; Egendom; Professionella tjänster
44000 Grossist & Retail; Hotell; Restauranger
Som en region känd för sin stålindustri Mr Hunt sade tillverkning var fortfarande "mycket viktigt" till Sheffield City Region, vilket bidrar med cirka 14% av alla arbetstillfällen jämfört med 10% i hela England.
Han sa: "Det bra med tillverkning är att lönerna är högre och det är en sektor med högre värde, vilket innebär att det finns en bra bas vi kan bygga på."
Sir Steve Houghton, ordförande för Sheffield City Region Combined Authority och Labour ledare för Barnsley Council, sade att nyckeln till att ta itu med var att förbättra regionerna transport och infrastruktur, kompetensnivåer och bostadsbeståndet.
Han sade att regionen behövde 6 000 nya företag och 70.000 arbetstillfällen, däribland omkring 30 000 högkvalificerade arbetstillfällen, för att komma ikapp sina södra motsvarigheter och uppmanade Osborne att "lägga sina pengar där han talar".
Han sade dock att han ansåg att decentraliseringsavtalet nyligen var ett steg i rätt riktning.
"Det regeringen har lovat är 30 miljoner pund om året över 30 år. Det är 900 miljoner pund och vi har aldrig kunnat planera så förut."
Northern Powerhouse Minister och konservativ MP James Wharton sade: "Vi menar allvar med att säkra detta lands ekonomiska framtid och gör enorma framsteg som driver fram Northern Powerhouse.
– Bara ett år sedan vi först lade fram vår vision visar den senaste statistiken att det totala antalet sysselsatta ökade snabbare i Nord- och Midlandsländerna än i Syd.
"Vårt avtal med Sheffield, som omfattar 900 miljoner pund av statliga investeringar, kommer att säkerställa att lokala ledare har direkt kontroll för att driva lokal ekonomisk tillväxt och skapa tusentals nya kvalificerade jobb.
– Det finns en enorm potential i norra England och vi vill att den potentialen ska förverkligas. I denna rapport betonas exakt varför Northern Powerhouse och decentraliseringsfrågan.
För att höra mer lyssna på BBC Radio Sheffield mellan den 23 och 27 november.
En ökning av tillverkningsjobben i Sheffield City-regionen skulle kunna bidra till att minska den ekonomiska klyftan mellan de norra och södra regionerna, sägs det i en rapport.