Il professor Moretta è l'autore, assieme al gruppo di ricercatori del Gaslini composto anche da Simona Sivori e Alessandro Moretta, della scoperta di una nuova funzione delle cellule "Natural Killer": queste, infatti, non solo uccidono i tumori, ma sono importanti difensori contro le infezioni causate da batteri e virus. Moretta ha compiuto studi fondamentali nel campo dell'immunologia, sua é infatti la prima definizione delle sottopopolazioni di linfociti T nell'uomo, studi che hanno fornito la base per la comprensione di malattie che coinvolgono il sistema immunitario quali immunodeficienze e malattie autoimmuni.
Dal 1988 ad oggi ha ricevuto numerosi premi tra cui il Premio Invernizzi per la Medicina, la Medaglia "Cristoforo Colombo" per meriti scientifici, il Premio "Highly Cited Scientist" dell'Università di Genova e il Novartis Award for Basic Immunology solo per citarne alcuni. È anche editore di alcune importanti riviste internazionali come Trends in Immunology (Immunology Today), European Journal of Immunology, International Immunology e Immunology Letters. È stato inoltre più volte invitato individualmente a proporre "nominations" per il premio Nobel per la Medicina e la Fisiologia.