Первые работы Б. были посвящены изучению русской культуры допетровского периода. Впоследствии Б. обратился к изучению отечественной литературы XIX в., в частности, к творчеству А.С. Пушкина, Н.Г. Чернышевского, писателей-народников. Исследования Б. внесли существенный вклад в разработку таких тем, как древнерусская литература и русский фольклор, русская литература и журналистика XIX в., развитие отечественной библиографии и библиологии. Ценными являются работы Б., посвященные теории и практике филологического образования и методологии филологической науки.

Уже будучи студентом Казанского университета совершил ряд ботанико-географических экспедиций на Кавказ. Они были осуществлены по поручению Императорского Русского Географического общества совместно с А. В. Фоминым и Н. А. Кузнецовым. Сегодня гербарий, собранный учёным в ходе этих экспедиций находится на хранении в гербарии имени И. П. Бородина в Санкт-Петербургской лесотехнической академии. В 1894-1911 годах совершил одиннадцать путешествий на Кавказ и одно в Крым. Научные труды, принадлежащие учёному, посвящены флоре России, в основном Кавказа, Сибири и Дальнего Востока. Составлял ботанико-географические карты районов Кавказа.

Изучал биологию, физиологию и систематику некоторых групп беспозвоночных животных (в частности, пауков). Разработал метод исследования на основе изучения поведения близких видов животных («биологический метод»). Ему принадлежит гипотеза об изменчивости инстинктов. Инстинктивные формы поведения животных по В. восходят к рефлексам, но не сводятся к ним. Критиковал антропоморфизм в сравнительной психологии. Исследования В. положили начало серьёзному изучению слабо развитой в начале XX века зоопсихологии. Использовал сравнительно- генетический метод в психологии.

В центре внимания В.-ученого были вопросы зоологии насекомых.

Сын известнейшего зоолога Н.П. Вагнера. Уже со второго курса, с 1885 года, В. под руководством К.С. Мережковского проводит ряд исследований по гистологии кишечника Rhynchota и анатомии Aphaniptera. На протяжении научной деятельности В. проделал большую экспедиционную работу. В 1887 он стал участником Беломорской экскурсии своего отца и работал над гидро-медузами Соловецкого залива. В 1888 был командирован на Соловецкую биологическую станцию, а осеню на Севастопольскую биологическую станцию, где работал над эмбриологией брюхоногих слизней. В 1889 занимался эмбриологией клещей. С 1890 года его научные интересы составляет преимущественно эмбриология клещей. Для работы над темой он совершает многочисленные экспедиции. В 1891 был командирован на Байкал для описания местной фауны для общества естествоиспытателей. В 1890 сдал магистерский экзамен, а в 1894 защитил магистерскую работу. С апреля 1895 по апрель 1896 работал в Гейдельберге в Зоологическом институте проф. О. Бючли и на Неаполитанской зоологической станции, изучал сперматогенез у животных. С 1896 по 1898 приват-доцент Петербургского университета. С 1898 ординарный профессор Киевского политехнического института. ...

Сфера научных интересов В. – история и теория античного искусства. Особое внимание В. уделяет древнеримской скульптуре и живописи, в частности творчеству Лисиппа, Силаниона, Леохара, Кефисодота, Тимахара и др. Огромный вклад В. внес в организацию и развитие просветительской и экскурсионной деятельности Эрмитажа, составил описи его экспонатов по древнеримскому искусству. Также В. внес большой вклад в атрибуцию и систематизацию памятников античной скульптуры Эрмитажа. Осуществил радикальную перестройку по культурно-хронологическому принципу экспозиции Отдела древностей, начатую еще до революции и законченную в 1926-1928 гг.

Внес важнейший вклад в историю политической мысли и философии Византии. Отдельно останавливается на вопросах ее зависимости от философии античности и влиянии на политическую мысль Древней Руси. Являлся одним из ведущих исследователей памятников византийской письменности. Принимал активное участие в работе Русско-византийской комиссии Академии наук, подготовив к изданию ряд источников. Автор учебников по законоведению, торговому праву и судопроизводству.

Правовед, специалист по гражданскому и торговому праву. Занимался семейным, наследственным, вексельным правом.

В. – специалист по античной культуре. Главной темой его исследований стал античный театр. В своей магистерской диссертации В. дал подробную характеристику древнеримского театра: описал особенности репертуара, игры актеров, костюмов, мест для зрителей, разобрал содержании наиболее популярных драматических произведений. Также В. обратился к изучению важных проблем авторского права, взаимоотношений государства и культуры и др. В книге «Женский вопрос на афинской сцене» В. рассмотрел основные классические произведения Аристофана, Гесиода, Гомера и др., касавшиеся положения женщины в античном обществе. В. подчеркивает, что изображение женщины в греческом театре и литературе носило преимущественно отрицательный, пренебрежительный характер. В 1920-1940х гг. В. издал несколько обобщающих работ: «Античный театр» и «История античного театра».

В. сделал важный вклад в развитие преподавания английского языка в университете. Являлся автором учебного пособия по английскому языку