Leta 1956 se je po končanem študiju pridružil odpravi na Antarktiko, kjer je nato preživel dve leti, in sicer pri temperaturah do –40 stopinj Celzija, z omejenimi zalogami hrane in pokvarjenim radijem.
Vodil je kar 22 odprav na Grenlandijo in Antarktiko, kjer ga je leta 1965 spoznanje ob pitju viskija z ledenimi kockami pripeljalo do dokazovanja, da človek vpliva na globalno segrevanje.
Leta 1965 je prišel do spoznanja. "Nekega večera smo ob vrtanju ledu spili kozarec viskija, v katerega smo dali kocke ledu. Ko sem videl mehurčke zraka, ki so se iskrili v naših kozarcih, sem prišel na misel, da so to deli atmosfere, ujeti v ledu," je opisal pol stoletja po razodetju.
Nato je z vrtanjem v led opravil raziskavo o ujetih zračnih mehurčkih, ki je bila objavljena leta 1987. Dokazal je, da se je koncentracija ogljikovega dioksida po industrijski revoluciji spremenila, dvignile so se tudi temperature.
Loriusu je raziskava prinesla mednarodni ugled, znanstvenikom pa je omogočila pregled 160.000 let starih ledeniških zapisov.
