马元喜自 1953 开始就开展了小麦根系的观察研究， 首次提出小麦分蘖能否生长成穗与其独立根系的关系，小麦分蘖、叶片与次生根发生的相应关系，以及小麦从幼穗分化到结实经过三个两极分化过程 等学术观点；阐明了小麦叶痕形成与叶环的直接关系，小麦地上部形成五个节的根本原因，小麦根系不随分蘖两极分化而分化，分蘖消亡只是其茎叶的萎缩等问题；总结了小麦三叶期、起身期的生物学特点及多级分蘖形成的基本原因。这些研究结果广为高等农业院校教材和有关研究者引用和参考。 在根系研究方法上， 创立了柱栽、池栽等方法及独特的初生根与次生根分引技术，并系统研究了根系吸水、吸肥规律及根系功能。深入研究了黄土丘陵区、冲积平原区、盐土区、稻茬区等不同土壤类型区小麦根系的发生、分布和营养积累特点，及根系对干旱、土壤渍水的生态生理效应，在此基础上提出了不同土壤生态类型区小麦健壮根群的调控技术体系，出版了科技专著《小麦的根》一书，获中华农业科教出版基金资助。

    他作为河南省小麦高稳优低协作组 创建人之一和协作组副组长，他组织和带领多学科、多部门、多层次科技人员协作攻关。创建了小麦高稳低模式化栽培、小麦生态区划及其相应栽培技术体系；本着以“系统决策与分段决策、基础应变与针对性应变相结合”的基本原则，采用“预防”、“缓减”和“解除”的技术路线，建立了不同逆境生态条件下稳定实现小麦高产的应变技术体系。以上研究均取得重大突破，对促进河南小麦生产连上两次新台阶做出了突出贡献， 受到了省委、省政府的高度赞扬。