Ngày 8 tháng 8 năm 1972, phó tế Phaolô Nguyễn Thái Hợp được thụ phong linh mục, là linh mục thuộc dòng Đa Minh tại Sài Gòn. Sau khi được truyền chức, tân linh mục trẻ tuổi tiếp tục theo học tại Đại học Fribourg (Thụy Sĩ) và tốt nghiệp Tiến sĩ Triết học Tây Phương vào năm 1978. Sau khi tốt nghiệp đại học Fribourg, ông ở lại Thụ Sĩ và học ngành chính trị kinh doanh tại Đại học Genève, Thụy Sĩ trong thời gian ngắn từ năm 1978 đến năm 1979.[6]

Năm 1981, linh mục Nguyễn Thái Hợp được cử sang Peru làm giáo sư tại Phân khoa Thần học Lima và đã đảm nhận cương vị này cho đến năm 1986. Trong khoảng thời gian ở Peru, linh mục Phaolô Nguyễn Thái Hợp còn giữ các chức vụ như giáo sư và giám đốc Học vụ của Học viện Thần học Gioan XXIII từ năm 1984 đến năm 1991. Ông công tác tại trung tâm nghiên cứu Bartolomé de Las Casas, Lima từ năm 1989 đến năm 1994.[5] Trong thời gian này, linh mục Nguyễn Thái Hợp thường tham gia giảng dạy và tham dự Hội nghị tại nhiều quốc gia khu vực châu Mỹ Latinh như Brazil, Colombia, Costa Rica, Venezuela, Bolivia, Cộng hòa Dominica,...[6]

Năm 1994, ông tốt nghiệp Tiến sĩ Thần học Luân lý tại Phân khoa Thần học Đức Mẹ Lên Trời ở São Paulo, Brazil và về làm giáo sư tại Phân khoa Xã hội thuộc Đại học Giáo hoàng Thánh Tôma Aquinô, Angelicum, Roma trong giai đoạn từ năm 1996 đến năm 2004.[5] Năm 2000, ông sáng lập và là linh hướng Nhóm Đức Tin & Văn Hóa.[6] Nhóm này đã khai mở lớp đào tạo Thần học cho giáo dân đầu tiên vào năm 2000, thành lập phòng khám từ thiện dành cho bệnh nhân HIV/AIDS mang tên Mai Khôi và khám bệnh lưu động cho các người nghèo ở các vùng cao, vùng sâu vùng xa.[4]

Từ năm 2004, linh mục Nguyễn Thái Hợp về Việt Nam giữ chức giám đốc học vụ của Tỉnh Dòng Đa Minh Việt Nam và là thành viên của Ủy ban Giáo lý Đức tin trực thuộc Hội đồng Giám mục Việt Nam. Ông đóng vai trò giáo sư, giảng dạy tại nhiều cơ sở đào tạo Công giáo: Trung tâm Học vấn Đa Minh, Học viện Liên Dòng Phaolô Nguyễn Văn Bình; Học viện La San; Đại chủng viện Thánh Quý, Đại chủng viện Sao Biển, Đại chủng viện Vinh Thanh, Học viện Phanxicô,...[6]

Từ năm 2006, ông là thành viên của Ủy ban Từ vựng Công giáo, chủ nhiệm Câu lạc bộ Phaolô Nguyễn Văn Bình. Câu lạc bộ này được thành lập để gặp gỡ, trao đổi, thảo luận và học hỏi của những người Công giáo dấn thân phục vụ Giáo hội và xã hội Việt Nam hôm nay theo tinh thần Phúc Âm.[5]