Loeffler utførte sammen med Robert Koch og Georg Gaffky undersøkelser om desinfeksjon med vanndamp, og var den første som påviste den tilstand som kalles immunitet. Han publiserte et meget stort antall avhandlinger, hvori han blant annet meddelte oppdagelsen av rotsbasillen (1882), difteribasillen (1884), pseudodifteribasillen (1887), og svinepestens basille (1886). Han forsøkte å fremkalle immunisering for munn- og klovsyke, men klarte ikke å identifisere mikroben. Han klarte imidlertid å påvise at det fantes ved filtreringsforsøk. Viruset var det første identifiserte virus knyttet til dyreriket (ca ti år tidligere hadde Dmitrij Ivanovskij og Martinus Willem Beijerinck oppdaget tobakksmosaikkviruset, knyttet til planeriket).