sukcesja ekologiczna, której przebieg uzależniony jest od warunków siedliskowych i klimatycznych w danym regionie. Wraz z R. Poundem opracował też metody terenowych badań ekologicznych.
Clements był orędownikiem ewolucji neo-lamarckowskiej. Ekolog Arthur Tansley napisał, że ze względu na swoje poparcie dla lamarckizmu Clements „nigdy nie wydawał się odpowiednio uwzględniać wyników współczesnych badań genetycznych”. Wierzył, że rośliny i zwierzęta mogą zyskać szeroką różnorodność i zakres cech w walce o przetrwanie i dostosowanie się do środowiska oraz że cechy te są dziedziczne. W latach dwudziestych przeprowadził eksperymenty mające na celu przekształcenie gatunków roślin rodzimych w jednej strefie ekologicznej w gatunek przystosowany do innej, wyższej strefy. Clements był przekonany o ważności swoich eksperymentów, ale ten eksperymentalny lamarckizm popadł w zapomnienie w latach 30. XX wieku.
Opisał wiele nowych gatunków grzybów (np. Sepultaria aurantia) i roślin. W nazwach naukowych utworzonych przez niego taksonów dodawany jest skrót jego nazwiska Clem.