Dopo alcuni anni di lavoro come geometra ferroviario con suo fratello, la vita di Wallace fu cambiata dall'incontro con Henry Walter Bates a Leicester nel 1847.
L'Amazzonia
Wallace e Bates discussero l'idea di una spedizione in Amazzonia. Il piano era quello di coprire le spese inviando esemplari a Londra, dove un agente li avrebbe venduti per una commissione. Inoltre, i viaggiatori dovevano "raccogliere fatti per risolvere il problema dell'origine delle specie", come Wallace disse in una lettera a Bates. I due amici, che erano entrambi ormai esperti entomologi dilettanti, si incontrarono a Londra per prepararsi osservando piante e animali sudamericani nelle collezioni principali.
Bates e Wallace salparono da Liverpool nell'aprile 1848, arrivando a Pará (ora Belém) alla fine di maggio. Per il primo anno si stabilirono in una villa vicino alla città, raccogliendo uccelli e insetti. Dopo di che accettarono di raccogliere indipendentemente.
Wallace continuò a tracciare la mappa dell'Amazzonia per quattro anni, raccogliendo campioni e prendendo appunti sui popoli, le lingue, la geografia, la flora e la fauna. Il 12 luglio 1852, Wallace si imbarcò per l'Inghilterra sul brigantino Helen. Dopo ventotto giorni in mare, il balsamo nel carico della nave prese fuoco e l'equipaggio fu costretto ad abbandonare la nave. Tutti gli esemplari che Wallace aveva sulla nave, la maggior parte della sua collezione, andarono persi. Riuscì a salvare solo una parte del suo diario e alcuni schizzi. Wallace e l'equipaggio passarono dieci giorni in una barca aperta prima di essere raccolti dal brigantino Jordeson.
Le Indie Orientali
Dal 1854 al 1862, dai 31 ai 39 anni, Wallace viaggiò attraverso le Indie Orientali Olandesi (oggi Malesia e Indonesia), per raccogliere esemplari da vendere e per studiare la natura. Wallace raccolse più di 125.000 esemplari nelle Indie Orientali Olandesi (più di 80.000 solo di coleotteri). Più di mille di essi rappresentavano specie nuove per la scienza.
Le sue osservazioni delle chiare differenze zoologiche attraverso uno stretto stretto nell'arcipelago lo portarono a proporre il confine zoogeografico ora conosciuto come la Linea Wallace. Bali e Lombok erano due isole dell'arcipelago distanti solo 17 miglia nel punto più largo (28 km), più o meno della stessa dimensione e con lo stesso clima, suolo, elevazione e aspetto. Eppure la loro flora e fauna erano così diverse.
"In questo arcipelago ci sono due faune distinte rigidamente circoscritte, che differiscono tanto quanto quelle dell'Africa e dell'America del Sud... eppure non c'è nulla sulla mappa o sulla faccia delle isole che segni i loro limiti. La linea di confine passa tra isole più vicine di altre appartenenti allo stesso gruppo. Credo che la parte occidentale sia una porzione separata dell'Asia continentale, mentre quella orientale è un prolungamento frammentario di un precedente continente del Pacifico occidentale".
Perché, si chiese, gli animali e le piante sul lato di Bali del canale erano di tipo asiatico, mentre quelli sul lato di Lombok erano di tipo australasiatico? Questo doveva significare che il gruppo occidentale si era evoluto da uno stock occidentale comune, mentre il gruppo orientale si era evoluto da uno stock orientale comune.
Mentre stava esplorando l'arcipelago, affinò i suoi pensieri sull'evoluzione ed ebbe la sua famosa intuizione sulla selezione naturale. Nel 1858 inviò un articolo che delineava la sua teoria a Darwin; fu pubblicato, insieme a una descrizione della teoria di Darwin stesso, nello stesso anno.
I resoconti dei suoi studi e delle sue avventure sono stati pubblicati nel 1869 come The Malay Archipelago. Divenne uno dei più popolari diari di viaggio di storia naturale del XIX secolo. Fu lodato da Charles Darwin e Charles Lyell e da altri, come il romanziere Joseph Conrad, che lo definì il suo "compagno di letto preferito".
