Alfred Russel Wallace
untuk Mechanics' Institutes di Neath; perusahaan tersebut didirikan pada tahun 1843. William Jevons, pendiri institut tersebut, terkesan oleh Wallace dan membujuknya untuk memberikan kuliah sains dan teknik di sana. Pada musim gugur tahun 1846, ia dan John membeli sebuah rumah dekat Neath, dimana mereka tinggal bersama ibu dan Fanny, saudari mereka (ayah mereka telah wafat pada tahun 1843).
Selama periode ini, ia keranjingan membaca dan saling berkirim surat dengan Bates untuk membicarakan "Vestiges of the Natural History of Creation" (sebuah risalah tentang evolusi yang diterbitkan tanpa nama) karya Robert Chambers, "The Voyage of the Beagle" karya Charles Darwin, dan "Principles of Geology" karya Charles Lyell.
Terinspirasi oleh kisah sejarah perjalanan para naturalis sebelumnya, seperti Alexander von Humboldt, Charles Darwin, dan William Henry Edwards, Wallace memutuskan bahwa ia juga ingin bepergian ke luar negeri sebagai seorang naturalis. Pada tahun 1848, Wallace dan Henry Bates berangkat menuju Brasil dengan kapal "Mischief". Tujuan mereka adalah mengumpulkan spesimen serangga dan hewan lainnya di hutan hujan Amazon untuk koleksi pribadi,
menjual duplikatnya kepada museum dan kolektor sekembalinya di Britania agar dapat membiayai perjalanan tersebut. Wallace juga berharap dapat mengumpulkan bukti-bukti terkait transmutasi spesies.
Wallace dan Bates menghabiskan sebagian besar waktu pada tahun pertama mereka dengan melakukan pengumpulan di dekat Belém do Pará, kemudian mereka berpisah untuk melakukan eksplorasi di pedalaman dan terkadang bertemu untuk mendiskusikan temuan mereka. Pada tahun 1849, mereka sempat bergabung dengan penjelajah muda lainnya, yakni Richard Spruce (seorang ahli botani), bersama dengan Herbert, adik Wallace.
Tidak lama setelah itu Herbert meninggalkan mereka (wafat dua tahun kemudian karena demam kuning), namun Spruce, sama seperti Bates, masih menghabiskan waktu lebih dari sepuluh tahun lagi untuk melakukan pengumpulan di Amerika Selatan.
Wallace terus melakukan pemetaan Rio Negro selama empat tahun, mengumpulkan berbagai spesimen dan membuat catatan tentang penduduk dan bahasa yang ditemuinya serta geografi, flora, dan fauna wilayah tersebut. Pada tanggal 12 Juli 1852, Wallace kembali ke Britania dengan kapal "Helen". Setelah 26 hari di laut, kargo kapal tersebut terbakar dan awak kapal terpaksa meninggalkan kapal. Wallace kehilangan
semua spesimen yang ia bawa dalam kapal tersebut, yang mana kebanyakan dikumpulkannya selama dua tahun terakhir perjalanannya. Ia berhasil menyelamatkan beberapa catatan dan sketsa pensil serta sedikit lainnya. Wallace dan awal kapal menghabiskan sepuluh hari di perahu terbuka sebelum diselamatkan oleh kapal "Jordeson", yang sedang berlayar dari Kuba menuju London. Persediaan bekal
"Jordeson" menjadi genting dengan adanya penumpang-penumpang yang tak terduga, namun setelah suatu babak yang sulit dengan ransum yang sangat sedikit pada akhirnya kapal tersebut mencapai tujuannya pada tanggal 1 Oktober 1852.
Setelah kembali ke Britania, Wallace menghabiskan waktu selama 18 bulan di London dengan hidup mengandalkan pembayaran asuransi atas koleksinya yang hilang dan menjual hasil penjualan spesimen yang telah dikirimkan kembali ke Britania sebelum ia memulai eksplorasi di Rio Negro. Selama periode ini, meski telah kehilangan hampir semua catatan dari ekspedisinya di Amerika Selatan, ia menulis enam
makalah akademik (termasuk "On the Monkeys of the Amazon") dan dua buku yang berjudul "Palm Trees of the Amazon and Their Uses" dan "Travels on the Amazon". Ia juga menjalin hubungan dengan sejumlah naturalis Britania lainnya, terutama Darwin.
Pada tahun 1854-1862, saat usianya 31-39 tahun, Wallace menjelajah berbagai wilayah di Kepulauan Melayu atau Hindia Timur (sekarang Singapura, Malaysia, dan Indonesia) untuk mengumpulkan spesimen-spesimen agar dapat dijual dan untuk mempelajari sejarah alam. Satu set 80 kerangka burung yang ia kumpulkan di Indonesia dan dokumentasi yang terkait dengannya dapat dilihat di University Museum of Zoology di Universitas Cambridge.
Pengamatannya tentang perbedaan zoologi yang mencolok di seberang sebuah selat kecil di kepulauan tersebut membuatnya mengusulkan batas wilayah geografi hewan yang sekarang dikenal dengan istilah Garis Wallace.
Wallace mengumpulkan lebih dari 126000 spesimen di Kepulauan Melayu (termasuk lebih dari 80000 kumbang). Beberapa ribu darinya mewakili spesies baru dalam ilmu pengetahuan pada saat itu. Selama perjalanan ini, salah satu deskripsi spesies darinya yang banyak dikenal adalah katak pohon yang dapat terbang meluncur ("Rhacophorus nigropalmatus"), yang dikenal sebagai katak terbang Wallace.
Ketika ia sedang menjelajahi Kepulauan Melayu, ia mempertajam pemikirannya mengenai evolusi dan mendapatkan wawasannya yang terkenal tentang seleksi alam. Pada tahun 1858, ia mengirimkan sebuah artikel kepada Darwin yang berisikan uraian teorinya; artikel tersebut lalu diterbitkan, bersama-sama dengan suatu penjelasan dari teori Darwin sendiri, pada tahun yang sama.
Catatan mengenai petualangan dan penelitiannya di sana akhirnya diterbitkan pada tahun 1869 dengan judul "The Malay Archipelago", yang mana menjadi salah satu buku terpopuler seputar eksplorasi ilmiah dari abad ke-19, dan hingga sekarang terus dicetak ulang. Karyanya itu dipuji para ilmuwan seperti Darwin (yang kepadanya buku tersebut didedikasikan) dan Charles Lyell, serta kalangan
selain ilmuwan seperti Joseph Conrad yang menyebutnya sebagai "pendamping di sisi ranjang" favoritnya dan menggunakan buku tersebut sebagai sumber informasi bagi beberapa novelnya (terutama "Lord Jim").
Pada tahun 1862, Wallace kembali ke Inggris, dimana ia tinggal bersama Fanny Sims, saudarinya, dan Thomas suaminya. Sambil memulihkan diri dari perjalanan yang telah dilakukannya, Wallace mengelola koleksinya dan memberikan sejumlah ceramah mengenai petualangan dan penemuannya di berbagai komunitas ilmu pengetahuan, misalnya Zoological Society of London. Kemudian pada tahun yang sama ia
mengunjungi Darwin di Down House, dan menjalin persahabatan dengan Charles Lyell dan Herbert Spencer. Sepanjang tahun 1860-an, Wallace menulis berbagai makalah dan memberi ceramah-ceramah untuk memperjuangkan pemikirannya mengenai seleksi alam. Bersama Darwin, ia juga membahas berbagai topik, misalnya seleksi seksual, warna peringatan, dan efek yang mungkin terjadi akibat seleksi alam pada hibridisasi dan perbedaan spesies. Pada tahun 1865 ia mulai menjajaki spiritualisme.
Setelah setahun berpacaran, pada tahun 1864 Wallace bertunangan dengan seorang wanita muda yang dalam otobiografinya hanya diidentifikasikannya sebagai "Miss L". Miss L adalah putri dari Lewis Leslie, teman Wallace dalam permainan catur. Namun wanita tersebut memutuskan pertunangan mereka sehingga Wallace menjadi sangat kecewa. Pada tahun 1866 Wallace menikahi Annie Mitten. Wallace dikenalkan dengan Mitten oleh Richard
Spruce, seorang ahli botani yang telah bersahabat dengan Wallace sejak di Brasil dan juga teman baik dari ayah Annie Mitten, William Mitten, seorang ahli tumbuhan lumut. Pada tahun 1872, Wallace membangun sebuah rumah beton yang disebut The Dell, di atas tanah yang disewanya di Grays, Essex, dimana ia tinggal sampai tahun 1876. Pasangan Wallace dan Mitten memiliki tiga anak yaitu Herbert (1867-1874), Violet (1869-1945), dan William (1871-1951).
Pada akhir tahun 1860-an dan tahun 1870-an, Wallace sangat mengkhawatirkan kondisi keuangan keluarganya. Saat ia berada di Kepulauan Melayu, penjualan spesimen-spesimen menghasilkan uang yang jumlahnya lumayan besar, yang diinvestasikan secara hati-hati oleh agen penjual spesimen-spesimen Wallace. Namun sekembalinya ke Britania, Wallace melakukan serangkaian investasi yang
buruk dalam proyek jalan kereta api dan tambang sehingga menyia-nyiakan sebagian besar uangnya. Ia lalu menyadari bahwa dirinya sangat membutuhkan dana dari hasil penerbitan "The Malay Archipelago".