È stato presidente della Deutsche Physikalische Gesellschaft (Società Tedesca di Fisica) dal 1899 al 1905 e il suo nome è noto in elettrochimica per l'elemento di Warburg.
Tra i suoi studenti figurano James Franck (premio Nobel per la Fisica nel 1925), Eduard Grüneisen, Robert Pohl, Erich Regener e Hans von Euler-Chelpin (premio Nobel per la Chimica nel 1929).
Ha condotto ricerche in vari campi, tra cui teoria cinetica dei gas, conduzione elettrica, scariche gassose, radiazione termica, ferromagnetismo e fotochimica.