Уилсън използва социобиологични и еволюционни принципи, за да обясни поведението на социалните насекоми, а след това – и поведението на останалите животни, включително и човека, обособявайки социобиологията като нова научна дисциплина. Той защитава твърдението, че поведението на всички животни е резултат от наследствени фактори, фактори на средата и изминал опит, и че свободната воля е илюзия.
Социобиологията отхвърля схващането, че хората се раждат като tabula rasa – без никакво вродено знание и че поведението им се оформя единствено под влиянието на културата, в която са израснали. В своите книги „Sociobiology“ и спечелилата Пулицър - „On Human Nature“ („За човешката природа“), Уилсън твърди, че човешкото съзнание се оформя от гените също толкова, колкото и от културата (ако не и повече). Той смята, че способността на факторите от средата да променят човешкото поведение е ограничена.
Заедно с Берт Холдоблер Уилсън прави систематични проучвания на мравките и тяхното поведение. Работата им кулминира с издаването на енциклопедичната книга „The Ants“ („Мравките“) през 1990 г., за която двамата получават награда „Пулицър“.
Уилсън приема гена като единица, подлежаща на естествен подбор и обяснява алтруистичното поведение на социалните насекоми с генетичната изгода, която имат от такова поведение. Това се дължи на факта, че в семействата на социалните насекоми, работничките споделят със сестрите си 75% от своите гени.
The Superorganism: The Beauty, Elegance, and Strangeness of Insect Societies, 2009, W.W. Norton & Company, Inc. ISBN 978-0-393-06704-0, with Bert Hölldobler
Kingdom of Ants: Jose Celestino Mutis and the Dawn of Natural History in the New World, 2010, Johns Hopkins University Press, Baltimore, with José María Gómez Durán
The Leafcutter Ants: Civilization by Instinct, 2011, W.W. Norton & Company, Inc. ISBN 978-0-393-33868-3, with Bert Hölldobler
The Social Conquest of Earth, 2012, Liveright Publishing Corporation, New York, ISBN 0-87140-363-3