En particular, está interesado en la base genética de la esterilidad y la inviabilidad híbrida, por ejemplo, cuántos genes causan el aislamiento reproductivo entre las especies, cuáles son las funciones normales de estos genes y lo que llevó a las fuerzas de la evolución a su divergencia.

Estudia estos problemas mediante el análisis genético de aislamiento reproductivo entre las especies de Drosophila.

Estudia estos patrones utilizando tanto la teoría genética de la población como la experimentación.

Orr obtuvo su licenciatura en Biología y en Filosofía por el College of William and Mary y su doctorado en Biología en la Universidad de Chicago.

Realizó la investigación postdoctoral en la Universidad de California, Davis.