Получив наследство, оставил службу и проводил многочисленные экспедиции в центральной и Южной Америке, а также в России (Урал, Алтай, Прикаспий). Он заложил основы физической географии, страноведения, географии растений, палеоботаники. В последние годы своей долгой жизни работал над многотомным сочинением «Космос», где человечество представлено как малая часть земной природы, а наша планета – крохотной частичкой Мироздания. Этот свод естественнонаучных знаний остался незавершенным.
Его важная заслуга – распространение научных знаний и нового, уважительного отношения к науке среди широких масс читателей, а также влиятельных персон. Все путешествия Гумбольдта были исследовательскими; ему доводилось бывать в районах, не обследованных учеными. Научное описание его пятилетней экспедиции в Новый Свет составило 30 томов! При этом он выступал как геолог, вулканолог, ботаник, метеоролог, ландшафтовед (он стал одним из основоположников этой науки), историк, этнограф… Помимо всего прочего, писал, в среднем, несколько писем в день, делал публичные доклады для любителей природы и специалистов.
Крупный русский биолог-эволюционист XIX века, один из К.Ф. Рулье писал: «Точный, ясный язык, неимоверное обилие фактов, строгая оценка частных и взаимных их отношений в одном стройном целом – словом, обилие вовсе неожиданных данных, глубокое миросозерцание при спокойном, часто до поэтического чувства восходящем картинном изложении общего строя природы – поразили всех в новом труде опытного экспериментатора, смелого неутомимого путешественника, глубокого, всестороннего кабинетного ученого, истинного поэта-живописца и литератора – Александра фон Гумбольдта».
В предисловии к первому изданию своих «Картин природы» он сообщал: «Я стремился представить картину природы в целом и показать взаимодействие ее сил, а также воспроизвести то наслаждение, которое получает от непосредственного созерцания тропических стран человек, способный чувствовать».
В этой популярной работе он высказал ряд оригинальных идей, а среди них – мысль о единстве земной жизни, предваряющую концепцию биосферы: "Когда неутомимый ум человека исследует природу или измеряет в своем воображении обширные пространства органического мира, то среди многообразия воспринимаемых им впечатлений ни одно не действует на него так глубоко и властно, как всюду разлитая полнота жизни…
Если даже невооруженный глаз видит жизнь во всей атмосфере, то вооруженный открывает еще большие чудеса… Вместе с развитыми организмами атмосфера содержит и бесчисленные зародыши будущих существ, личинки насекомых и семена растений…"
Позже в «Космосе» он развил эту идею и предложил понятие «либеносфера» («жизнесфера»), вполне отвечающее тому, которое вошло в науку через полвека благодаря австрийскому геологу Э. Зюссу: биосфера.
Помимо всего прочего, Гумбольдт был добрым, отзывчивым, благородным человеком, всегда готовым помочь другим. За такое участие и поддержку его горячо благодарили, в частности, химик и биохимик Юстус Либих, ученый-энциклопедист Герман Гельмгольц, физик Жан Батист Фурье (он писал, что исследования Гумбольдта «охватывают все главные вопросы философии природы»).
Подобно Гёте, Гумбольдт был убежден: не следует путать реальную природу с ее искаженными образами в науках (увы, завет этот забыли слишком многие ученые XX и XXI веков). Научное рассудочное познание преимущественно аналитическое, дробящее мир на детали, элементарные составляющие. Это еще не природа в ее целостности и гармонии.
А. Гумбольдт называл первой и возвышенной целью научного познания «отыскание законов природы, исследование правильного чередования форм, проникновение в необходимую взаимосвязь всех изменений, происходящих во Вселенной». Понимал он и важнейшее прикладное значение естествознания: «Человек не может воздействовать на природу, не может завладеть никакой из ее сил, если не знает законов природы.. Знание и изучение суть радость и право человечества; они суть части народного богатства».
Противоречия естествознания и философии природы, по его мнению, вызваны или формальными умствованиями, далекими от окружающей реальности, или чрезмерными притязаниями ученых на полноту и точность познания природы. «Только там начинается наука, – писал он, – где дух овладевает материалом, где делается попытка подчинить массу опытов разумному познанию; наука есть дух в приложении его к природе».