Graefe bidro sterkt til vitenskapen om ophthalmological, spesielt ved dannelsen av i 1855 hvor også Carl Ferdinand Ritter von Arlt og Franciscus Donders hadde vesentlig bidrag. Hans kanskje største oppdagelser var hans metode for behandling av glaucoma og en ny operasjonsmetode for katarakt. Han ble også regnet som en kapasitet innen nervesystemet og hjernen. Flere medisinske uttrykk bærer Graefes navn, så som: «Graefe-Syndrom», assosiert med Graves-Basedow sykdom og «Graefe-Fleck» eller «Graefe-Reflex».