Fou guardonat, juntament amb F.Murad i R.Furchgott, amb el premi Nobel de medicina i fisiologia l’any 1998, per les seves aportacions al descobriment del paper de l’òxid nítric en els sistemes cardiovascular, nerviós i immunològic. Furchgott havia demostrat, cap al final de la dècada dels setanta, l’existència d’una molècula, produïda a les cèl·lules de l’endoteli, que produïa vasodilatació. Anys més tard i de forma independent, Furchgott i Ignarro identificaren aquesta substància com l’òxid nítric, un gas de vida mitjana molt breu, que es difon a través de les membranes biològiques. L’òxid nítric actua com un mediador cel·lular, dins d’un sistema universal en tot el regne animal, i en el cas dels vasos sanguinis en relaxa la musculatura llisa. Aquestes descobertes obren el camí a d’altres investigacions que progressivament reafirmen i eixamplen el concepte de mediador cel·lular de l’òxid nítric, i obren noves possibilitats terapèutiques. A més, els estudis d’Ignarro han estat decisius en el tractament de la impotència amb el citrat de sildenafil (conegut comercialment amb el nom de Viagra). L’atorgament del premi Nobel desfermà la polèmica dins la comunitat científica mundial per l’exclusió del científic nicaragüenc Salvador Moncada, pioner en la identificació de la funció de l’òxid nítric i autor de diverses aportacions sobre la seva síntesi i el mecanisme molecular de les seves funcions.