Héctor Croxatto se especializó en fisiología, la rama de las ciencias biológicas que investiga el funcionamiento de órganos y estructuras biológicas. Sus primeras investigaciones fueron sobre la composición de las vitaminas D y C en el Instituto Sanitas. Luego, en su primer trabajo académico a cargo de la cátedra de Fisiología en el Instituto de Educación Física, desarrolló investigaciones sobre la fisiología del esfuerzo analizando sangre y orina de deportistas para comprender el comportamiento de los organismos en distintas situaciones.

Su línea de investigación reconocida internacionalmente -desarrollada en el Laboratorio de Fisiología de la Universidad Católica - consistió en el estudio de una familia de péptidos que regulan la presión arterial. Esta comenzó en 1942, cuando junto a su hermano Raúl, descubrieron un nuevo péptido regulador de la presión arterial: la pepsitensina, trabajo que fue publicado en la revista Science.

Desde entonces y a lo largo de su vida, Croxatto se mantuvo investigando una familia de péptidos que constriñen o dilatan los vasos sanguíneos, y por lo tanto suben o bajan la presión arterial. Fue pionero en el estudio de estos péptidos y sus avances en la disciplina lo hicieron mundialmente reconocido.