Wagner comenzó su carrera como geógrafo y publicó varios libros geográficos sobre el norte de África, Oriente Medio y la América tropical.
También fue un entusiasta naturalista y coleccionista, y es por este trabajo por el que es más conocido entre los biólogos. Ernst Mayr, evolucionista e historiador de la biología, ha dado cuenta de la importancia de Wagner.
Durante sus tres años en Argelia, Wagner estudió (entre otras actividades) los escarabajos no voladores Pimelia y Melasoma. Cada género se divide en varias especies, cada una de las cuales está confinada en un tramo de la costa norte entre los ríos que descienden desde el Atlas hasta el Mediterráneo. En cuanto se cruza un río, aparece una especie diferente pero estrechamente relacionada.
Wagner pudo realizar observaciones similares en el Cáucaso y en los valles andinos, lo que le llevó a concluir, tras la publicación del Origen de las Especies:
"... una especie incipiente sólo [surgirá] cuando unos pocos individuos transgredan las fronteras límite de su área de distribución... la formación de una nueva raza nunca tendrá éxito... sin una larga separación continuada de los colonos de los demás miembros de su especie".
Esta fue una de las primeras descripciones de un proceso de especiación geográfica. Otra formulación de esta idea llegó más tarde: "Los organismos que nunca abandonan su antigua área de distribución nunca cambiarán". Esto no puede ser literalmente cierto, y es una exageración de su idea.
El destino de esta idea fue infeliz. "Por desgracia, Wagner combinó [su idea] con algunas ideas peculiares sobre la variación y la selección" (Mayr). Los principales evolucionistas (Darwin, Wallace, Weismann) atacaron la idea de Wagner de la especiación geográfica, y ésta sufrió un largo declive. Sin embargo, en 1942 fue reintroducida por Mayr, y la importancia de la especiación geográfica se convirtió en una de las ideas centrales de la síntesis evolutiva.