Köppen est un des principaux fondateurs de la climatologie et de la météorologie modernes. Entre 1850 et 1860, Köppen a contribué aux manuels de navigation de Seewart pour les océans Atlantique, Pacifique et Indien en étudiant les rapports des navires sur les vents des différents océans. Entre 1872 et 1873, Köppen est employé dans le service météorologique russe en tant qu’assistant où il aide à préparer la carte météorologique synoptique quotidienne. En 1875, il retourne en Allemagne et devient le chef de la nouvelle division de météorologie marine de l’observatoire naval allemand (Deutsche Seewarte) basé à Hambourg. Il y est chargé d’établir un service de prévisions météorologiques pour la partie nord-ouest de l’Allemagne et les zones maritimes adjacentes. Après quatre ans de service, il a pu passer à son intérêt principal, la recherche fondamentale, et a quitté le bureau météorologique.

Carte de la classification climatique mondiale de Köppen

Köppen a commencé une étude systématique du climat et a également expérimenté avec des ballons pour obtenir des données des couches supérieures de l’atmosphère. En 1884, il a publié la première version de sa carte des zones climatiques dans laquelle les plages de température saisonnières étaient tracées. Cela a conduit à l’élaboration du système de classification climatique de Köppen vers 1900, qu’il n’a cessé d’améliorer jusqu’à la fin de sa vie. La version complète de son système est apparue pour la première fois en 1918 ; après plusieurs modifications, la version finale a été publiée en 1936.

A part la description des différents types de climat, il s’est également familiarisé avec la paléoclimatologie. En 1924, il a publié avec son gendre Alfred Wegener un article intitulé Die Klimate der Geologischen Vorzeit (Les climats du passé géologique) apportant un soutien crucial à la théorie de Milanković sur les périodes glaciaires. De plus, en 1911, il a coécrit The Thermodynamics of the Atmosphere, un manuel qui est devenu très populaire.

Vers la fin de sa vie, Köppen a coopéré avec le climatologue allemand Rudolf Geiger pour produire un ouvrage en cinq volumes, Handbuch der Klimatologie (Manuel de climatologie). L’ouvrage n’a jamais été achevé, mais plusieurs parties, dont trois de Köppen, ont été publiées. Après la mort de Köppen en 1940, Geiger a continué à travailler sur les modifications du système de classification climatique.

Köppen était un scientifique prolifique, produisant plus de 500 articles, et il a conservé sa curiosité intellectuelle et son large éventail d’intérêts tout au long de sa vie. En 1890, il a co-écrit le premier atlas des nuages. Parallèlement à ses activités scientifiques, il s’est engagé activement dans les questions sociales, consacrant beaucoup de temps et d’énergie à des problèmes tels que l’utilisation des terres, la réforme scolaire et l’alimentation des défavorisés. Il était un fervent défenseur de l’utilisation de l’espéranto pour la cause de la paix dans le monde, traduisant plusieurs de ses publications en espéranto.

Il avait une épouse, Marie, et cinq enfants dont la fille Else. Sophie, la sœur de Marie, et ses enfants s’installent chez les Köppen en 1888.