Hans första självständiga arbeten innehåller en blandning av kombinatorik och analys med koppling till kryptologi. Men huvudintresset var algebra och Roos framtida karriär som matematiker föddes då han deltog vid IMU-kongressen i Edinburgh 1958 där ett föredrag av Alexander Grothendick gjorde starkt intryck. De följande åren kom han att bidra till utvecklingen av homologisk algebra och kategoriteori. Under åren 1958-67 ”pendlade” Roos mellan Lund och ofta långvariga besök i Paris där han bland annat kunde profitera på boendet i Maison Suèdois vid Cité Universitaire. I början av 1960-talet publicerade han flera artiklar i Comptes Rendus av mycket hög kvalitet. Ett arbete knöt samman klassisk dimensionsteori för regulara noetherska ringar med ett bidualiserande komplex som utnyttjar härledda kategorier. Huvudresultatet preciserade och även utvidgade tidigare resultat av Grothendieck och Serre med koppling till algebraisk geometri.

Under större delen av 1960-talet arbetade Roos på sitt Opus Magnum vars mål är att skapa en enhetlig teori för noetherska kategorier där han bland annat samarbetade med Gabriel.

Det var något av en slump att Roos kom att bli verksam vid Stockholms universitet. Bakgrunden var att Hans Rådström 1968 lämnade sin tjänst i Stockholm för en nyinstallerad professur i Linköping. Roos efterträdde hans tjänst ett par år kring 1970. När Otto Frostman 1972 gick i pension efterträdde Roos hans professur medan Jan-Erik Björk vid årsskiftet 1973-74 fick Rådströms tidigare tjänst.

Under de följande 29 åren fram till pensioneringen 2002 intog Roos en ledande roll vid matematiska institutionen. Dels som handledare för ett 10-tal forskarstuderande som ledde till en rad förnämliga doktorsavhandlingar men även ofta uppoffrande insatser för att stärka institutionens resurser. Det är ingen överdrift att beskriva honom som en världsledande pionjär när han i ett tidigt skede via datorhjälp löste synnerligen intrikata algebraiska problem. Efter pensioneringen kom Roos i rollen som emeritus professor bidra till att både aktivera och fördjupa algebraseminarier och bedrev även egen forskning där han publicerade flera viktiga arbeten fram till sin bortgång.