Как лучше обрабатывать данные из последовательного порта?

Это зависит от того, КАК та намерен обрабатывать данные. Если каждый полученный байт самодостаточен, то можно и без буфера, а если ты работаешь блоками по N байт, то тебе нужен буфер для проверки факта получения целостного блока и дальнейшей его обработки.
В твоём случае я могу тебе ответить лишь: «Да.»

Можно ли напрямую работать с буфером? Или лучше формировать свой буфер с помощью Serial.read(), искать при этом \0?

Любыми способами можно. Я бы посоветовал использовать эту библиотечку.