Ю. Р. Шеляг-Сосонко осуществил логико-методологический и теоретический анализ современной геоботаники как целостной системы знаний о растительном покрове. Определив её предмет, методы и концептуальный аппарат, он впервые предложил метод парадигмального анализа геоботанических знаний и в соавторстве с Я. И. Мовчаном и В. С. Крысаченко опубликовал монографию «Методология геоботаники». Впервые в практике заповедного дела предложил системный метод оценки раритетных фитоценозов и разработал принципы их выделения. На базе этих исследований он вместе с коллективом ученых отдела геоботаники Института ботаники НАН Украины подготовил серию монографий, посвященных заповедникам Украины, а также первую в мире «Зеленую книгу Украины», идеи которой оказались созвучны принятой значительно позже в Рио-де-Жанейро в 1992 году «Конвенции о биоразнообразии». Он также является редактором и ответственным исполнителем второго издания «Зелёной книги Украины».