早在1990年,他在國際著名醫學雜誌Lancet上發表“Early diagnosis of tuberculosis meningitis by detection of Anti-BCG secreting cells in cerebral spinal fluid”一文,為結核性腦膜炎的免疫學診斷提出了革新方法,至今仍影響深遠。此後,他一直主要從事重症肌無力發病機制、診斷和治療的系列研究,1991年於J Nerul Sci上發表"Antipresynaptic antibodies in myasthenia gravis",在國際上率先提出“重症肌無力”不僅僅局限於神經肌肉接頭突觸後膜病變,同時也有突觸前膜的參與,為“重症肌無力”的發病機製作出了重要補充。“重症肌無力突觸前膜抗體的特異性和交叉反應”課題先後2次獲得上海市科技進步三等獎,“重症肌無力突觸前膜損害的證據與臨床亞型”研究獲衛生部科技進步二等獎。此後,他又從分子生物學角度尋找“重症肌無力”的相關致病基因,首次在Pubmed基因庫中註冊了“P9”基因,還領導課題組在骨骼肌成分的研究中取得較大進步。他主持的重症肌無力系列研究在2005年先後獲得中華醫學科技三等獎、教育部科技提名一等獎。
在腦血管病研究領域,呂教授主要研究血液流變學和血小板行為和腦循環動力學、腦血管自動調節作用的研究,先後發表“急性腦血管病人的血液流變和血小板行為”、“血粘度與動脈均壓的線性回歸方程及其在急性腦血管病中的意義”及“腦循環與臨床”的專著。1998年後與復旦大學丁光宏教授合作,研究Willis動脈環的腦血流動力學,獲得教育部發明二等獎。1996年成為上海市醫學領先學科首席科學家後成立了腦卒中病區,規範腦血管綜合治療方案,進行了糖尿病腦梗塞的臨床和基礎、缺血性神經元保護等研究,先後在Exp Neurol,Brain Research,Cerebral blood flow and Metabolism,Biochemistry Society Transaction等雜誌上發表論文,為缺血性卒中的治療拓寬了思路。