Hans doktoravhandling Strandlinje-studier (1891) er en banebrytende og fremdeles gyldig teori om landskapsforming med bresjøer, eller bredemte sjøer: Isbreer som utgjorde rester av innlandsisen demmet opp vann til sjøer som virket landskapsformende. I forbindelse med dette foreslo han at steinalderfunnene fra Nøstvet i Akershus var spor etter en bosetning i eldre steinalder. Hansen ble dermed den første som forsto at det fantes en befolkning fra denne perioden i Norge. Hansen publiserte også botaniske arbeider.
Hansens andre hjertesak var kraniometriske studier av kortskaller og langskaller, og da han ble utnevnt til statsstipendiat i 1908 var det for å studere norsk antropologi. Han var allsidig orientert og engasjert, og Kjeldstadli skriver at «Han hadde en tidstypisk ambisjon om en helhetsvitenskap som skulle gi svar på de 'store' spørsmålene, et prosjekt i grenselandet mellom kunnskapsmengde, ideologi og dilletanteri.»
