Pfeffer var en pioner innenfor moderne plantefysiologi. Hans vitenskapelige interesser var innenfor thermonastic og photonastic bevegelser av blomster, plantebevegelser av blader, protoplasma og fotosyntese. I 1877 forsket han på plantemetabolisme, og utviklet i den forbindelse en semi-porøs membran for å studere fenomener relatert til osmose. "Pfeffer celle" er oppkalt etter enheten for måling av osmose som han konstruert for å bestemme det osmotiske trykket i en løsning.