Nel 1977 cominciò a interessarsi degli impatti di meteoriti, ipotizzando che a fenomeni di questo genere fossero legate estinzioni di massa, in particolare l'estinzione del limite Cretacico-Terziario, verificatasi circa 65 milioni di anni; questi studi, svolti in collaborazione col padre, iniziarono con la segnalazione di un'anomalia positiva, nella concentrazione di iridio (un elemento raro sulla Terra ma molto comune nelle meteoriti), rilevato inizialmente in un livello stratigrafico nei pressi di Gubbio e confermato infine nel Cratere di Chicxulub, una struttura circolare nella penisola dello Yucatán, sede di impatto di un meteorite del diametro di almeno 10 km che si pensa abbia colpito la Terra alla velocità di 30 km/s con conseguente estinzione di circa il 76% delle specie viventi, compresi i dinosauri[1]. In onore di Luis e Walter Alvarez, il nome è stato attribuito all'asteroide 3581 Alvarez.