学的研究使他开始研究义大利沿岸深海底石灰岩的地磁逆转；而且他和其他合作者可测定地磁逆转间隔超过一亿年。
撞击理论.沃尔特和其父亲路易斯·阿尔瓦雷茨最为人所知的就是和弗兰克·阿萨罗、海伦·米歇尔等人发现在白垩纪-第三纪地层之间富含铱的黏土层（K-T界线）。因为铱在地球表面相当少见，却在小行星中相当大量，因此他的团队假设该地层是因为撞击事件而产生，而一个巨大的小行星撞击地球很可能是白垩纪-第三纪灭绝事件的原因。之后，在世界上许多地方也发现了铱异常；且更进一步发现了被认为是造成该灭绝