Au début de sa carrière, Wagner était géographe et il a publié un certain nombre de livres de géographie sur l'Afrique du Nord, le Moyen-Orient et l'Amérique tropicale.
Il était également un naturaliste et un collectionneur passionné, et c'est pour ce travail qu'il est le plus connu parmi les biologistes. Ernst Mayr, évolutionniste et historien de la biologie, a rendu compte de l'importance de Wagner.
Pendant ses trois années en Algérie, Wagner a étudié (entre autres activités) les coléoptères incapables de voler Pimelia et Melasoma. Chaque genre est divisé en plusieurs espèces, chacune étant confinée à une partie de la côte nord entre les rivières qui descendent des montagnes de l'Atlas vers la Méditerranée. Dès que l'on traverse une rivière, une espèce différente mais étroitement apparentée apparaît.
Wagner a pu faire des observations similaires dans le Caucase et dans les vallées andines, ce qui l'a amené à conclure, après la publication de l'Origine des espèces :
"... une espèce naissante n'apparaîtra que lorsque quelques individus franchiront les limites de leur aire de répartition... la formation d'une nouvelle race ne réussira jamais... sans une longue séparation continue des colons des autres membres de leur espèce.
Il s'agissait d'une description précoce d'un processus de spéciation géographique. Une autre formulation de cette idée est venue plus tard : "Les organismes qui ne quittent jamais leur ancienne aire de répartition ne changeront jamais". Cela ne peut pas être littéralement vrai, et c'est une surestimation de son idée.
Le sort de cette idée a été malheureux. "Malheureusement, Wagner a combiné [son idée] avec des idées particulières sur la variation et la sélection" (Mayr). Les principaux évolutionnistes (Darwin, Wallace, Weismann) attaquèrent l'idée de Wagner sur la spéciation géographique, et celle-ci connut un long déclin. Cependant, en 1942, elle a été réintroduite par Mayr, et l'importance de la spéciation géographique est devenue l'une des idées centrales de la synthèse évolutionniste.