Luigi Martorano si è laureato in Ingegneria Meccanica presso l'Università degli Studi di Pisa nel 1972. A partire dal gennaio 1973 ha svolto, fino ad oggi, la sua attività scientifica e didattica a tempo pieno prima presso l'ex Instituto di Macchine della Facoltà di Ingegneria di Pisa, poi presso il Dipartimento di Energetica della medesima Università. Dopo un periodo di formazione prima come Ricercatore e poi come Professore Associato, dal 2000 è Professore Ordinario di Macchine a Fluido.
Le ricerche nell'ambito dei motori a combustione interna rappresentano una parte sostanziale dell'intera attività di ricerca svolta. Di particolare rilevanza si è dimostrata l'applicazione dei bilanci termodinamici generali alla diagnostica dei motori a combustione interna seguita da studi riguardanti lo scambio termico interno e l'ottimizzazione di superfici alettate per lo scambio esterno.
Altro argomento di ricerca sviluppato in ambito motoristico è quello relativo allo studio di sistemi innovativi di iniezione diretta del combustibile facendo ricorso a tecniche di simulazione numerica. In questo ambito ha partecipato al Progetto di Ricerca regionale "H2-filiera idrogeno", coordinando un gruppo di ricerca che ha sviluppato un sistema di iniezione diretta dell'idrogeno in un piccolo motore, facendo uso di iniettori di origine commerciale, soluzione la cui validità è stata confermata dalla sperimentazione.
In collaborazione con Università straniere ha compiuto studi sull'utilizzo di combustibile di origine rinnovabile in motori a combustione interna ad iniezione diretta.
È stato responsabile scientifico della propria unità di ricerca nel progetto finalizzato "Trasporti" del 1985 ed in Progetti di Rilevante Interesse Nazionale nel 1996 (Metodologie teorico-sperimentali per lo studio delle macchine a fluido) e nel 2000 (Riduzione dell'impatto ambientale e del consumo specifico nei motori a due tempi ad a.c.) e vi ha partecipato nel 1998 (Metodologie teorico-sperimentali per la riduzione di emissioni inquinanti e consumo di combustibile nei motori a due tempi ad A.C.) e nel 2004 (Tecniche innovative di iniezione diretta per la riduzione dell'impatto ambientale e del consumo specifico in motori ad A.C.).
Negli ultimi anni, particolare attenzione è stata rivolta allo studio degli impianti e dei relativi componenti per lo sfruttamento di energie rinnovabili e, in particolare, agli impianti per la produzione di energia elettrica da biomasse, quali piccoli impianti dotati di espansori volumetrici di vapore, e ai sistemi per la conversione di biomasse legnose oppure derivanti da scarti, in combustibili gassosi e liquidi.
