W. var en av grundarna av den sedimentologiska vetenskapen. Han framhöll bl.a. betydelsen av noggranna studier av hur sediment bildas i nutiden för att kunna förstå de sedimentära bergarternas ursprung, och formulerade en princip (Walthers lag) för korrelation av s.k. facies. W:s forskning rörde även sediments omvandling till bergarter (diagenes)