Der gebürtige US-Amerikaner promovierte an der University of Arizona (USA). Bevor er an die Universität Bremen kam, arbeitete er an Universitäten in Chapel Hill (USA), Stockholm (SE) und Oulu (FI). Nielsen arbeitet mit Schmetterlingen, um zu verstehen, wie Lebewesen auf die Veränderungen reagieren, die der Mensch an seiner Umwelt vornimmt. Er hat untersucht, wie sich Schmetterlinge aufgrund des Klimawandels entwickeln und anpassen können, und seine aktuelle Forschung konzentriert sich darauf, wie sie sich in Städten in ganz Europa, einschließlich Bremen, verändern. In diesem Zusammenhang untersucht er zudem, wie sich Lebewesen im Laufe ihres Lebens verändern können (phänotypische Plastizität) und wie sich diese Fähigkeit selbst weiterentwickelt, um sich neuen Umgebungen anzupassen.