Mark Z. Jacobson, kariyeri boyunca, hava kirliliği ve küresel ısınma sorunlarını daha iyi kavramaya ve bunlara yönelik büyük ölçekli temiz, yenilenebilir enerji çözümleri geliştirmeye odaklandı. Bu amaçla, hava kirliliği, hava, iklim ve yenilenebilir enerjiyi simüle etmek için üç boyutlu atmosfer-biyosfer-okyanus bilgisayar modelleri ve çözücüler geliştirdi ve uyguladı. Ayrıca, ülkelerin, eyaletlerin, şehirlerin ve kasabaların çok amaçlı, % 100 temiz, yenilenebilir enerjiye geçişi sırasında uygulanacak yol haritaları; ve yenilenebilir enerjinin yaygın kullanılır hale gelmesi durumunda şebekenin dayanıklılığını incelemek için bilgisayar modelleri geliştirdi.
Jacobson, meteorolojiyle eşleşen 3 boyutlu bir kentsel hava kalitesi-iklim modeli, 3 boyutlu bir küresel hava kirliliği-iklim modeli ve GATOR-GCMOM denilen birleşik iç içe geçmiş küresel-kentsel hava kirliliği-iklim modeli kodlamasının % 85’inden fazlasını geliştirdi. Bu projeye 1990 yılında başladı ve o zamandan beri üzerinde çalışıyor. Bu birleşik model, hem hava kirliliği gazlarının parçacıkların hem de iç içe geçen bu yapının hava ve iklime yönelik karşılıklı geri bildirimlerini küresel ölçekten kentsel ölçeğe doğru ele alır. Zhang’ın incelemesi (Atmos. Chem. Phys. 8, 2895-2932, 2008) bu modeli “temel prensiplere dayalı büyük atmosferik süreçler arasındaki tüm önemli geri bildirimleri hesaba katan tarihteki ilk tam bağlaşık çevrimiçi model” olarak adlandırmaktadır. GATOR-GCMOM’daki pek çok özellik artık dünya çapındaki diğer modellerde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Jacobson, 2000’de (Jeofizik Araştırma Mektupları) ve 2001’de (Doğa), havada görülen kurum parçacıklarının ana bileşeni olan siyah karbonun, radyoaktif zorlama açısından karbondioksitten sonra küresel ısınmanın ikinci önde gelen nedeni olabileceğini ortaya çıkarmak için modelini uyguladı. Bu sonuç, 2013’de kaleme alınan kapsamlı bir inceleme de dahil olmak üzere, daha sonraki birkaç çalışma ile de desteklenmiştir. dünya çapında siyah karbon emisyon denetimlerine ilişkin bazı yasal düzenlemelere özgün bilimsel temeli bu ve daha sonra yayınladığı makaleleri sağladı.
2011 yılında, herkesin uygulayabileceği, % 100 temiz enerjiye dayalı yol haritaları hakkında bilgilendirmek için bilim, iş ve kültür dünyasından insanların bir araya geldiği kâr amacı gütmeyen bir kuruluş olan The Solutions Project’in ortak kurucusu oldu. 2011-2015 yılları arasında, çalışma ekibi 50 eyaletin her biri için ayrı bir WWS enerji planı geliştirdi. 2017 yılına kadar dünyanın 139 ülkesi için, 2018 itibarıyla da 53 kasaba ve şehir için planlar hazırladı; ve 2019 yılında 143 ülke için yol haritası geliştirdi. Pek çok ülke ve eyalette yenilenebilir enerji mevzuatının hazırlanmasında onun çalışmaları esas alındı. Alanında yaptığı çalışmaları dolayısıyla pek çok ulusal ve uluslararası ödüle layık görülmüştür.