Chagas odkrył, że jelita pluskwiaków z rodziny Triatomidae stanowią środowisko życia nieznanego wcześniej gatunku pierwotniaka z rodzaju Trypanosoma i doświadczalnie dowiódł, że pierwotniak może zostać przepasażowany na małpy z rodzaju Callithrix przez ugryzienie tych krwiopijnych owadów. Późniejsze badania dowiodły, że także małpy z rodzaju Saimiri mogą ulec zarażeniu tymi pierwotniakami.
Chagas opisał chorobotwórczego pierwotniaka pod nazwą Trypanosoma cruzi i w tym samym roku pod inną nazwą, Schizotrypanum cruzi, w obydwu nazwach honorując Oswaldo Cruza, znanego brazylijskiego lekarza i epidemiologa. Praca Chagasa jest unikatowa w historii medycyny, ponieważ opisał on zarówno nową chorobę, wywołujący ją patogen, przenoszący ją wektor, gospodarza, obraz kliniczny oraz epidemiologię. Niemniej Chagas aż do 1925 roku błędnie uważał ugryzienia, a nie odchody pluskwiaków, za główne źródło zarażenia. Częstszy sposób przenoszenia choroby przez odchody pluskwiaków zaproponował Emile Brumpt w 1915, co potwierdził Silveira Dias w 1932, Cardoso w 1938 i Brumpt w 1939. Chagas był też pierwszym, który opisał pasożytniczy rodzaj grzyba Pneumocystis.