Ferguson har benyttet matematisk modellering for å frembringe data om en rekke sykdomsutbrudd, som for eksempel utbruddet av munn- og klovsyke i Storbritannia i 2001, svineinfluensautbruddet i Storbritannia i 2009, koronavirusutbruddet i 2012 som skyldtes MERS-CoV og ebolaepidemien i Vest-Afrika i 2016. Hans arbeid omfatter også forskning på myggbårne sykdommer som zikafeber, gulfeber, denguefeber og malaria.