Wenckebach ist in erster Linie für seine Arbeit in der Kardiologie bekannt. Im Jahr 1899 beschrieb er unregelmäßige Pulse, die auf eine partielle Blockade der atrioventrikulären Erregungsleitung zurückzuführen waren und zu einer fortschreitenden Verlängerung der Erregungsleitung im Herzgewebe führten. Dieser Zustand wurde als AV-Block zweiten Grades“ bezeichnet, später als Wenckebach-Phänomen“ bezeichnet und in Mobitz‘ Arbeit von 1924 als Mobitz-Block Typ I neu klassifiziert. Ein ähnliches Phänomen kann auch im Sinusknoten auftreten, wo es zu einem SA-Block zweiten Grades vom Typ I führt, der auch als Wenckebach-Block bezeichnet wird; die beiden haben jedoch unterschiedliche Merkmale im EKG.

Sinusrhythmus mit akutem inferiorem Infarkt, kompliziert durch einen A-V-Block vom Typ I, der sich in Form von 5:4 Wenckebach-Perioden manifestiert; R-P/P-R-Reziprozität.

Wenckebach ist es zu verdanken, dass er das mediane Bündel des Leitungssystems des Herzens beschrieben hat, das den sinoatrialen Knoten mit dem atrioventrikulären Knoten verbindet. Dieses Bündel wurde Wenckebachs Bündel genannt und ist auch als mittlerer internodaler Trakt bekannt. Das Wenckebach-Bündel ist eine der drei internodalen Bahnen, die anderen sind die „posteriore internodale Bahn“ (Thorel’sche Bahn) und die „anteriore internodale Bahn“ (von der einige Fasern auch in das Bachmann-Bündel und dann in den linken Vorhof projizieren).

Wenckebach war ein früher Verfechter der Verwendung von Chinin zur Behandlung von paroxysmalem Vorhofflimmern.