Dorobek naukowy Strona tytułowa 9. rocznika "Folia Neuropathologica Estoniana"|thumb Puusepp był jednym z pionierów neurochirurgii w Rosji, w Estonii, a także na świecie. Uważany jest też za pioniera psychochirurgii – w latach 1906–10 wykonał cięcia leukotomijne włókien kojarzeniowych w korze czołowej u trzech pacjentów z psychozą maniakalno-depresyjną i psychicznymi ekwiwalentami padaczki. Z niejasnych względów swoje wyniki opublikował dopiero trzy dekady później, po pracach Moniza i Limy.
W 1923 na spotkaniu Estońskiego Towarzystwa Neurologicznego przedstawił zaobserwowany przez siebie u pacjenta z powikłaniami śpiączkowego zapalenia mózgu odruch piramidowy, znany dziś jako odruch małego palca albo odruch Puuseppa.
W 1931 wprowadził do medycyny termin arachnoiditis ossificans.
W 1923 opublikował pracę na temat operacji guzów przysadki i swoich wyników operacji z dostępu czołowo-oczodołowego.
W 1926 opisał operację jamistości rdzenia, znaną jako operacja Puuseppa lub operacja Elsberga-Puuseppa. Polega ona na laminektomii C7–Th1 i mielotomii podłużnej na tylnej powierzchni rdzenia z otwarciem jamy.