Toomas Kuke sõnul ongi tema teaduslikum huvi Eesti taimestiku uurimine kogu tema mitmekesisuses. „Eelkõige tegelen ma taimegeograafia, niiduteaduse, taimesüstemaatika ja praktilise looduskaitsega.“ Kukk omab suhteliselt täielikku Eesti taimestiku ja taimkatte-kirjanduse bibliograafiat.

Kukk on Eesti Maaülikoolis töötanud 1991. aastast. Alates 2001. aasta sügisest on ta ajakirja „Eesti Loodus“ peatoimetaja. Ta kuulub Eesti Looduseuurijate Seltsi, Pärandkoosluste Kaitse Ühingusse, Eesti Teaduste Akadeemia looduskaitse komisjoni, Eesti Ornitoloogiaühingusse ja Eesti Ajakirjanike Liitu, samuti on ta Euroopa floora kaardistamise komitee Eesti liige. Aastatel 2007-2011 oli Kukk Eesti Vabariigi Presidendi mõttekoja liige.