在昆虫学上的成就同样令人瞩目。他花很多业余时间在蝴蝶上，纳博科夫自己不会开车，所以每次外出捕捉蝴蝶时，都是由妻子薇拉载他。他们为追逐一只蝴蝶，可以跋涉十几英里。他对捕获的蝴蝶进行分类，并用显微镜仔细观察。1940年代，他还出任了哈佛大学比较动物学博物馆鳞翅目部的负责人，组织收集得来的标本。不过纳博科夫是自学成才的学者，在世时，不少鳞翅目专家对他的研究成果不以为然。纳博科夫主攻灰蝶的其中一支，他认为这种灰蝶在数百万年前从西伯利亚经白令海崃迁徙至美洲大陆，即由阿拉斯加飞越千山万水到达智利。他于1945年公佈