In seiner derzeitigen Forschung untersucht Diethard Tautz, wie sich Tiere an veränderte Umweltbedingungen anpassen und wie sich die Anpassung in den Genen niederschlägt. Er hat die Disziplin der evolutionären Entwicklungsbiologie („Evo-Devo“) prägend mitgestaltet, die eine Brücke zwischen der Entwicklungs- und der Evolutionsbiologie schlägt. Zudem entwickelte er die Short Tandem Repeats-Methode. Hierbei werden kurze und sich wiederholende Sequenzen in der DNA identifiziert, die individuell verschieden sind. Die STR-Methode wird heute für den genetischen Fingerabdruck etwa bei Vaterschaftstests und in der Kriminalistik verwendet.
Diethard Tautz ist seit 2007 Direktor am Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie, wo er die Abteilung Evolutionsgenetik leitet. Zuvor lehrte er als Professor zunächst an der Ludwig-Maximilians-Universität München und später an der Universität zu Köln. 2008 wählte ihn die Leopoldina zu ihrem Mitglied. Seit 2018 gibt der Evolutionsbiologe als Director Ephemeridum die wissenschaftlichen Schriften der Nationalen Akademie der Wissenschaften heraus. Für seine Forschung erhielt Diethard Tautz unter anderem 1995 den Philip Morris-Forschungspreis, 1998 den De Snoo – van‘t Hoogerhuys-Preis sowie 2016 die Karl-Ritter-von-Frisch-Medaille der Deutschen Zoologischen Gesellschaft.
Dem Wissenschaftler wurde das Verdienstkreuz 1. Klasse am 4. Mai 2021 in Kiel durch den Ministerpräsidenten des Landes Schleswig-Holstein Daniel Günther überreicht. Die Auszeichnung gehört zu den Verdienstorden der Bundesrepublik Deutschland, die höchste Anerkennung des Bundes für Verdienste um das Gemeinwohl. Mit den Ordensverleihungen lenkt der Bundespräsident die öffentliche Aufmerksamkeit auf hervorragende Leistungen, denen er für das Gemeinwesen besondere Bedeutung beimisst.