Experto en fisiología, farmacología, y además fue el primer chileno en especializarse en neurociencia.
[cita requerida] Estudió su preparatoria en el English Catholic School y las Humanidades en el Instituto Nacional.
Es en esta época durante su estadía en Harvard donde se formó como neurofisiólogo con el científico estadounidense Walter Cannon, con quien estudió la transmisión sináptica e hizo contribuciones importantes en este campo que aparecieron en 7 publicaciones, la primera de ellas en 1937 en el American Journal of Physiology.
Al año siguiente 1938 nace en Estados Unidos su primer hijo, Joaquín.
En 1949 sus publicaciones son cerca de 40 y en 1941 apareció en el Journal of Neurophysilogy el primer trabajo originado en su laboratorio.
Utilizando cucarachas para experimentar, Joaquín Luco estudió las reacciones del cuerpo frente a privaciones y estímulos.