En el 2013, se le otorgó el Premio Nobel de Medicina junto a James E. Rothman y Randy Schekman por sus estudios sobre el funcionamiento del tráfico en la vesícula celular.

[2]​ Dicho galardón estuvo precedido por la obtención del premio Albert Lasker confirmando una tradición según la cual cerca de la mitad de los galardonados con el Lasker, reciben posteriormente el Nobel.

Pasó su infancia en Göttingen y Hannover .

Estudió música en su juventud, específicamente fagot, y ha reconocido a su instructor de fagot , Herbert Tauscher, como su "maestro más influyente".

En Göttingen Südhof trabajó en su tesis doctoral, en la que describió la estructura y función de las células cromafines , en el Instituto Max Planck de Química Biofísica en el laboratorio de Victor P. Whittaker .