Sully Prudhomme tuyên bố rằng ông dự định tạo nên thơ ca mang tính khoa học cho thời hiện đại. Vì tính chân thành và đau thương, ông được xếp vào trường phái Parnasse (Thi đàn, Thi sơn), dù đồng thời ông cũng cho thấy những cá tính riêng trong tác phẩm.

Tập thơ đầu tiên của ông, Stances et Poèmes (Tứ tuyệt và các bài thơ, 1865), được Sainte-Beuve ca ngợi. Tập thơ này bao gồm bài thơ nổi tiếng nhất của ông, Le vase brisé (Chiếc bình vỡ). Ông xuất bản nhiều thơ vào khoảng thời gian trước khi chiến tranh Pháp - Phổ nổ ra. Cuộc chiến này được ông bàn luận trong Impressions de la guerre (Ấn tượng về chiến tranh, 1872) và La France (Nước Pháp, 1874), sức khỏe của ông cũng bị ảnh hưởng vĩnh viễn do nó.

Trong sự nghiệp của mình, Prudhomme dần dần thay đổi phong cách nhạy cảm ban đầu sang phong cách mang tính cá nhân hơn, với sự thống nhất giữa tính hình thức của phái Parnasse với niềm yêu thích các vấn đề triết học và khoa học của ông. Cảm hứng của ông được thấy rõ là xuất phát từ De rerum natura của Lucretius. Ông trình bày triết học của mình qua La Justice (Chính nghĩa, 1878) và Le Bonheur (Hạnh phúc, 1888).

Sau Le Bonheur, Prudhomme chuyển từ thơ sang viết tiểu luận về mỹ học và triết học. Ông xuất bản hai tiểu luận quan trọng: L'Expression dans les beaux-arts (1884) và Réflexions sur l'art des vers (1892), một loạt các bài viết về Blaise Pascal trên La Revue des Deux Mondes (1890), và một bài về tự do ý chí (La Psychologie du Libre-Arbitre, 1906) trên Revue de métaphysique et de morale.

Nhiều bài thơ của Sully Prudhomme được phổ nhạc bởi các nhạc sĩ Pháp nổi tiếng như César Franck, Gabriel Fauré, Charles Gounod, Louis Vierne.