Desde pequeño Patarroyo sintió admiración por Luis Pasteur, la inmunología y la virología, de modo que su carrera profesional se orientó a la investigación en diversos centros nacionales y extranjeros, en particular estadounidenses y suecos. Entre 1986 y 1988 creó la vacuna contra la malaria. En la Universidad Nacional de Colombia fundó el Instituto de Inmunología del Hospital San Juan de Dios, en el cual ha adelantado investigaciones sobre lupus, marcadores genéticos, leucemia, susceptibilidad genética de la fiebre reumática, tuberculosis y lepra.