Wagner's vroege carrière was als geograaf, en hij publiceerde een aantal geografische boeken over Noord-Afrika, het Midden-Oosten, en tropisch Amerika.
Hij was ook een verwoed natuuronderzoeker en verzamelaar, en het is voor dit werk dat hij het meest bekend is onder biologen. Ernst Mayr, de evolutionist en historicus van de biologie, heeft een uiteenzetting gegeven over Wagners betekenis.
Gedurende zijn drie jaar in Algerije bestudeerde Wagner (onder andere) de loopkevers Pimelia en Melasoma. Elk geslacht is onderverdeeld in een aantal soorten, die elk beperkt zijn tot een strook van de noordkust tussen rivieren die van het Atlasgebergte afdalen naar de Middellandse Zee. Zodra men een rivier oversteekt, duikt een andere, maar nauw verwante soort op.
Wagner kon soortgelijke waarnemingen doen in de Kaukasus en in de valleien van de Andes, waardoor hij tot de conclusie kwam, nadat de Origin of Species was gepubliceerd:
"... een beginnende soort [ontstaat] alleen wanneer een paar individuen de grenzen van hun verspreidingsgebied overschrijden... de vorming van een nieuw ras zal nooit slagen... zonder een langdurige scheiding van de kolonisten van de andere leden van hun soort."
Dit was een vroege beschrijving van een proces van geografische speciatie. Een andere formulering van dit idee kwam later: "Organismen die nooit hun oude verspreidingsgebied verlaten, zullen nooit veranderen". Dit kan niet letterlijk waar zijn, en is een overdrijving van zijn idee.
Het lot van dit idee was ongelukkig. "Helaas, Wagner combineerde [zijn idee] met enkele eigenaardige ideeën over variatie en selectie" (Mayr). De leidende evolutionisten (Darwin, Wallace, Weismann) vielen Wagner's idee van geografische speciatie aan, en het leed een lange neergang. In 1942 werd het echter opnieuw geïntroduceerd door Mayr, en het belang van geografische speciatie werd één van de kernideeën van de evolutionaire synthese.
