Brøgger, ca. 1890?
Publikasjonene innen paleontologi favner over en viktig del av Brøggers tidlige karriere (1875-1898). Gjennom hans detaljerte studier av enkeltfossiler, lag og lagfølger ble Brøgger slått av hvordan arter dukker opp først i få eksemplarer, så tallrike i lagene over, for så å forsvinne. Han nevner også overgangsformer og "temmelig fullstendige overgangsrekker" mellom trilobittarter.
Det første betydelige verk fra Brøggers hånd var et paleontologisk arbeide, "Paradoxidesskifrene ved Krekling" (1878), som faktisk også er det første detaljerte arbeidet om livet i urtiden i Norge. Det tok for seg den eldre kambriske fauna og satte den i sammenheng med funn fra andre land. Den nøyaktige innsamlingen la grunnlaget for sonene i midtre kambrium som fortsatt brukes i dag.
I tillegg så han i disse tidlige trilobittene utvikling mellom arter med bevarte overgangsformer. En stor plansje med oversikt over alle trilobittartene han fant kan også leses som et slags utviklingstre (det første publisert i paleontologi i Norge), men teksten nevner ikke eksplisitt evolusjon. Senere kunne han med rett hevde overfor amerikanske geologer at han forlengst hadde lagt til rette den riktige plassering av den eldste kambriske fauna i Nord-Amerika.
Brøggers største bidrag til norsk paleontologi var verket "Die silurischen Etagen 2 und 3 im Kristianiagebiet und auf Eker". Her tok han gjennom 376 sider for seg lagfølgen i øvre kambrium og laveste ordovicium, beskrev en rekke nye arter av fossile dyregrupper og ga viktige bidrag til trilobittenes utviklingshistorie. De fantastiske illustrasjonene er tegnet av ham og trykket i Sverige. I arbeidet så han Oslofeltet i sammenheng med resten av Baltoskania og sammenlignet med andre områder.
Resultatene kom til å bli et argument i debatten om utviklingslæren, for Brøgger påviste svakheter i argumentene som mange paleontologer, bl.a. den kjente franskmannen Barrande, hadde fremført mot denne. I arbeidet gir han seg også i kast med detaljstudier av foldningstektonikken og kontaktmetamorfosen av de sedimentære bergartene ved varmepåvirkningen fra de fremtrengte bergartssmelter på dypet. Også her viser Brøgger en fremragende innsikt; - han beskriver omdanningen i ulike bergarter, lag for lag inn mot grensen til dypbergartene.
I 1886 publiserte Brøgger sitt eneste helt paleobiologiske arbeid. I en artikkel om mageskjoldet (hypostomet) hos en trilobittfamilie diskuterte han dette anatomiske trekkets verdi i klassifikasjon av trilobitter.
I det 731 siders verket "Om de senglaciale og postglaciale nivaaforandringer i Kristianiafeltet" fra 1901 og "Strandlinjens beliggenhet under stenalderen i det sydøstlige Norge" (339 sider) fra 1905 bidro han innen enda en gren av faget, kvartærgeologien. Her tok han for seg avsmeltningsforholdene, avleiringene og fossilene fra den gang da isen trakk seg tilbake fra landet, strandlinjenes høyde over havet og temperaturvariasjonene. Disse to arbeidene ga en forståelse som også kunne komme til nytte innen grensefaget mot arkeologien. Da første bind av praktverket om Osebergfunnet ble gitt ut i 1917, var det naturlig at W.C. Brøgger redegjorde for gravhaugens historie.