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1870년 코르도바에 있는 아르헨티나 기상관측소에서 3년간 근무했으며, 1876년에는 하버드대학교에 자리를 얻어 1912년까지 강단에 섰다. 그가 쓴 기상학 연구서인 〈기상학 원리 Elementary Meteorology〉(1894)는 30년 이상 대학교재로 사용되었다.

1870년대에 그는 지형 연구로 관심을 돌렸고 〈펜실베이니아 주의 하천과 계곡 The Rivers and Valleys of Pennsylvania〉(1889)을 출간함으로써 데이비스 특유의 지형분석체계의 기초를 닦았다. 이 저서의 출판은 아마 자연지리학에 그가 남긴 가장 큰 공헌이었을 것이다. 그는 이 저서에서 지형의 자연적 형태는 길고 지속적이며 정연한 침식작용에 의한 변화의 결과라고 주장했다. 더구나 이러한 긴 시간을 통한 연속적 변화가 침식윤회를 형성한다고 주장했는데, 그는 이것이 현재의 지형과 지사를 이해하는 데 매우 중요하다고 생각했다.

1912년 은퇴 후 여러 대학에 객원강사로 근무했고 저술과 야외연구로 많은 시간을 보냈으며 산호초와 산호섬에 대한 연구도 열심히 수행했다. 이러한 노력 끝에 〈산호초 문제 The Coral Reef Problem〉(1928)를 출판했다.

그의 500편이 넘는 저술에는 〈자연지리학 Physical Geography〉(1898)·〈지리학 소론 Geographical Essays〉(1909)과 〈석회 동굴의 기원 Origin of Limestone Caverns〉(1930)이 있다.