De 1890 a 1893 trabalha no Havaí como especialista em hanseníase. Nessa época assume a direção do Hospital Kalihi, na ilha de Molocai. De volta ao Brasil, dirige em São Paulo o Instituto Bacteriológico, hoje chamado de Instituto Adolfo Lutz em sua homenagem. Permanece no cargo até 1908
Convidado por Osvaldo Cruz, trabalha durante 32 anos na chefia de um dos setores do Instituto de Manguinhos, no Rio de Janeiro, onde morre. Participa de expedições pela região do rio São Francisco e pelo Nordeste e Sul do país para pesquisar doenças como hanseníase, esquistossomose, febre tifóide, malária e leishmaniose. Deixa publicados diversos trabalhos sobre sua área de atuação.