Samtidig som han arbeidet med bremser ble hans interesse for stikkemygg vakt. Hans bidrag til kunnskapen om norske stikkemygg var påkrevd da forrige var fra 1877. Han samlet selv et stort materiale under sine reiser i Sør-Norge, som gikk over atten år, i sommersesongen. Fra Nord-Norge samlet han noe selv, men fikk tilsendt mye materiale. Han var også ved flere anledninger ved Institut für Schiff- und Tropenkrankheiten i Hamburg, hvor han studerte stikkemyggens morfologi og systematikk. I 1949 tok han sin doktoravhandling på stikkemygg, med tittel Den utgjorde en avhandling på 589 sider og omhandlet også stikkemygg i hele Skandinavia og Danmark. Opponent ved doktoravhandlingen, Hjalmar Broch skal ha uttalt . Natvig ble med dette en av tidens fremste ekspert på stikkemygg og avhandlingen ble uunnværlig for alle som arbeidet med stikkemygg.