Fue fundador de la Asociación de Geógrafos de América en 1904, y estuvo muy involucrado con la National Geographic Society en sus primeros años, al escribir una serie de artículos para su revista.
Su más influyente contribución científica fue el ciclo de erosión "normal" (también conocido como ciclo geográfico ideal), cuyos principios se definen a finales del siglo XIX, y que consiste en un modelo de cómo los ríos terrestres van modificando el relieve. A pesar de que el ciclo se considera hoy demasiado simplista, fue una contribución crucial a los inicios de la geomorfología como ciencia. En el modelo se sugiere que los ríos tienen tres secciones principales: curso superior, curso medio y curso inferior, cada uno de los cuales tiene distinto paisaje (juvenil, maduro y senil, respectivamente) y otras propiedades asociadas con la morfología del relieve:
La etapa final sería una penillanura (del latín paene = casi, y llanura), término que designa una amplia llanura casi uniforme, con ligeras desnivelaciones producto de una prolongada erosión y de la coalescencia de cuencas hidrográficas. Es un conjunto de vaguadas e interfluvios de escaso desnivel respecto de los valles, con algunos relieves residuales a lo largo de la cuenca de los ríos. La penillanura sería, por tanto, el resultado de la última etapa del ciclo geográfico producida por las aguas hidrográficas.
Este concepto fue desarrollado por Davis a principios del siglo XX. La utilización de este término implica la noción, actualmente motivo de serias objeciones, de una orogénesis a la que haya sucedido una prolongada fase de estabilidad tectónica sin rejuvenecimiento del relieve que hubiese permitido el normal desarrollo del ciclo geográfico.
