W 1897 roku zlecono mu przeprowadzenie badań nad pryszczycą. Wspólnie z Paulem Froschem ustalili, że czynnikiem zakaźnym jest mniejsza od bakterii, zdolna do replikacji ultrafiltrowalna cząstka. Na podstawie swojego odkrycia wyciągnęli wniosek, że muszą istnieć odmienne od bakterii patogeny. W ten sposób w 1898 roku opisali pierwszego wirusa zwierzęcego, dlatego też są uznawani za współtwórców wirusologii. Loefflerowi udało się również wyprodukować pierwszą surowicę odpornościową wykorzystywaną przeciw pryszczycy.
W 1910 roku założył pierwszy na świecie ośrodek badań wirusologicznych, położony na wyspie Riems. Kierował nim do 1913 roku, kiedy to został powołany na stanowisko dyrektora przyszłego Instytutu Roberta Kocha.
W Greifswaldzie pracował ponad 25 lat. Działał również w radzie miasta oraz doprowadził do budowy kanalizacji miejskiej. W 1913 roku otrzymał honorowe obywatelstwo Greifswaldu. Zmarł w wieku 62 lat w Berlinie w następstwie operacji chirurgicznej. Jego grób znajduje się na starym cmentarzu w Greifswaldzie.