Seine Arbeitsbereiche sind insbesondere Organisation und Innovation, Innovationsforschung, Strategisches Management sowie Verhaltens- und Experimentalökonomik.
Marco Kleine war bis dato Senior Research Fellow am Max-Planck-Institut für Innovation und Wettbewerb in der Abteilung Innovation and Entrepreneurship Research unter der Leitung von Dietmar Harhoff. Er hatte maßgeblichen Anteil am erfolgreichen Aufbau und Betrieb des econlab (Max-Planck-Labor für Experimentalforschung der Sozialwissenschaften). In den Jahren 2018/19 war er im Rahmen einer Vertretungsprofessur als Professor für Strategische Unternehmensführung an der Ludwig-Maximilians-Universität München tätig.
Marco Kleine konnte seine Forschungsergebnisse in renommierten internationalen Fachzeitschriften wie dem Journal of Economic Behavior & Organization und Research Policy publizieren. Aktuell erforscht er die Rolle von Nutzeranonymität in organisationalen Wissensplattformen und den Einfluss von Innovationsvouchers auf den Innovationserfolg kleiner und mittelständischer Unternehmen.
Seine Tätigkeit an der Universität Groningen umfasst Forschungs- und Lehrtätigkeiten in den Bereichen Innovation und Strategie. Er bleibt dem Max-Planck-Institut für Innovation und Wettbewerb als Affiliated Research Fellow weiterhin eng verbunden.