1956 yılında, üniversiteden yeni mezun olmuşken Antarktika'ya yapılan bir keşif gezisine katıldı. Sıcaklıkların -40 dereceye kadar düştüğü bölgede, Lorius ve diğer iki kişi iki yıl boyunca orada yaşadı, sınırlı malzeme ve arızalı bir radyo ile hayatta kaldılar.
Kıtaya daha fazla kutup seferi düzenledikçe Antarktika'nın gizemlerinden daha fazla etkilenmeye başladı.
Yaşamı boyunca Grönland ve Antarktika'ya 22 keşif gezisi düzenledi. Antarktika'ya 1965 yılında yaptığı bir gezi sırasında buz küpleriyle viski içtiği bir akşam, insanlığın Dünya yüzeyinin ısınmasındaki rolünü kanıtlamasına yol açtı.
Hapsolmuş havayı analiz etmenin bilimsel potansiyelini fark eden Lori, daha sonra buz çekirdeklerini (donmuş zaman kapsülleri olarak işlev gören buzdan delinmiş örnekler) incelemeye karar verdi.
Lorius buzu delerek geçmişe gitti ve kendi deyimiyle "ilk Buzul Çağı'nın buzuna" nüfuz etti. Araştırması, karbondioksitin çok az değişmesine rağmen, Sanayi Devrimi'nden sonra sıcaklıklar arttıkça sera gazı konsantrasyonlarının da arttığını gösterdi.
Fransız Ulusal Bilimsel Araştırma Merkezi (CNRS) bunun küresel ısınmanın insan kaynaklı kirlilikten kaynaklandığına dair "şüpheye yer bırakmadığını" söyledi.
1988 yılında Birleşmiş Milletler Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli'nin açılış uzmanı oldu. 2002 yılında meslektaşı Jean Jouzel ile birlikte CNRS altın madalyasına layık görüldü. Lorius aynı zamanda prestijli Mavi Gezegen Ödülü'nü alan ilk Fransız oldu.
