Исследования Варбурга посвящены процессам клеточного дыхания, ферментам, окислительно-восстановительным реакциям в живой клетке. Уже в 1912 Варбург высказал предположение о существовании дыхательных ферментов, активирующих кислород. Показал, что клетки утилизируют кислород с помощью железосодержащих белков гемопротеинов и в 1924 сообщил об открытии цитохром с-оксидазы фермента, играющего ключевую роль в этом процессе. В 1932 вместе с У.Христианом впервые получил новый дыхательный фермент желтого цвета, названный флавином. Оказалось, что это представитель большой группы флавопротеинов окислительных ферментов, образующих вместе с цитохрохромами дыхательную цепь. Три года спустя было выделено еще одно важное соединение никотинамид, входящий в состав ферментов, которые участвуют в переносе водорода (дегидрогеназ).
Среди других работ Варбурга определение структуры ферментов, исследование брожения, гликолиза в опухолевых тканях, фотосинтеза. Ученый сконструировал аппарат для изучения процессов тканевого дыхания, брожения, ферментативных реакций (аппарат Варбурга). Умер Варбург в (Западном) Берлине 1 августа 1970.
Дыхательные ферменты. Под ред. Х.Ларди. М., 1952
Диксон М., Уэбб Э. Ферманты. М., 1982
Ленинджер А. Основы биохимии. М., 1985