Köppen fu uno dei principali fondatori della moderna climatologia e meteorologia. Tra il 1850 e il 1860, Köppen contribuì ai manuali di navigazione di Seewart per gli oceani Atlantico, Pacifico e Indiano, studiando i rapporti delle navi sui venti dei diversi oceani. Tra il 1872 e il 1873 Köppen fu impiegato nel servizio meteorologico russo come assistente dove aiutò a preparare la mappa meteorologica sinottica quotidiana. Nel 1875, tornò in Germania e divenne il capo della nuova divisione di meteorologia marina presso l’osservatorio navale tedesco (Deutsche Seewarte) con sede ad Amburgo. Lì, era responsabile della creazione di un servizio di previsioni meteorologiche per la parte nord-occidentale della Germania e le zone di mare adiacenti. Dopo quattro anni di servizio, fu in grado di passare al suo interesse primario di ricerca fondamentale, e lasciò l’ufficio meteorologico.

Mappa della classificazione del clima globale di Köppen

Köppen iniziò uno studio sistematico del clima e sperimentò anche con palloni aerostatici per ottenere dati dagli strati superiori dell’atmosfera. Nel 1884, pubblicò la prima versione della sua mappa delle zone climatiche in cui erano tracciate le gamme di temperatura stagionali. Questo portò allo sviluppo del sistema di classificazione climatica Köppen intorno al 1900, che continuò a migliorare per il resto della sua vita. La versione completa del suo sistema apparve per la prima volta nel 1918; dopo diverse modifiche, la versione finale fu pubblicata nel 1936.

Oltre alla descrizione dei vari tipi di clima, egli conosceva anche la paleoclimatologia. Nel 1924, lui e suo genero Alfred Wegener pubblicarono un documento intitolato Die Klimate der Geologischen Vorzeit (I climi del passato geologico) che forniva un supporto cruciale alla teoria di Milanković sulle ere glaciali. Inoltre, nel 1911 scrisse La termodinamica dell’atmosfera, un libro di testo che divenne molto popolare.

Verso la fine della sua vita, Köppen collaborò con il climatologo tedesco Rudolf Geiger per produrre un’opera in cinque volumi, Handbuch der Klimatologie (Manuale di climatologia). Non fu mai completata, ma diverse parti, tre delle quali di Köppen, furono pubblicate. Dopo la morte di Köppen nel 1940, Geiger continuò a lavorare sulle modifiche al sistema di classificazione del clima.

Köppen fu uno scienziato prolifico, producendo più di 500 articoli, e mantenne la sua curiosità intellettuale e una vasta gamma di interessi per tutta la vita. Nel 1890, fu co-autore del primo atlante di nuvole. Accanto alle attività scientifiche, fu attivamente coinvolto in questioni sociali, dedicando molto tempo ed energia a problemi come l’uso del territorio, la riforma della scuola e l’alimentazione per i meno privilegiati. Fu un forte sostenitore dell’uso dell’esperanto nella causa della pace nel mondo, traducendo molte delle sue pubblicazioni in esperanto.

Ha avuto una moglie, Marie, e cinque figli tra cui la figlia Else. La sorella di Marie, Sophie, e i suoi figli si trasferirono dai Köppen nel 1888.