Od 1983 roku tematem badań Buie był Pluton, na temat którego opublikował ponad 85 prac naukowych i artykułów dla czasopism[3]. Pierwszym jego celem było udowodnienie, że metan widoczny na Plutonie nie znajduje się w jego atmosferze, lecz na powierzchni. Od tego czasu pracował m.in. nad mapami albedo powierzchni Plutona i Charona, zajmował się obliczaniem elementów orbitalnych Charona i nowo odkrytych satelitów Plutona, pomiarami składu atmosfery, pomiarami właściwości powierzchni Plutona i Charona. Jest on również jednym ze współodkrywców księżyców Plutona – Nix i Hydry.
Pracował w zespole Deep Ecliptic Survey, który odkrył ponad 1000 odległych obiektów. Poza tą pracą starał się pozyskiwać lepsze zdjęcia struktury i więcej informacji na temat tych obiektów. Ostatnim projektem związanym z tym zespołem było zlokalizowanie obiektu Pasa Kuipera, który jest w zasięgu misji sondy New Horizons po minięciu przez nią Plutona.
