La présence d'une collection d'orchidées au jardin botanique attira son attention. Il s'intéressa bientôt à la classification de ces plantes qui avait été mis en place par Lindley mais qui vieillissait mal avec l'introduction de nouvelles plantes. Il commença par écrire des articles préliminaires dans la presse scientifique allemande et en 1880 il fit paraitre un article novateur dans le Gardener's Chronicle, article ayant pour titre La structure végétative des orchidées et qui fut très bien accueilli par la communauté scientifique. En 1882 il fit paraitre Grundzüge einer vergleichenden Morphologie der Orchideen, une étude sur la morphologie comparée des orchidées.
Il collabora au monumental ouvrage de Engler et Prantl Die Natürlichen Pflanzenfamilien édité entre 1887 et 1915. A cette occasion il révise le genre Phalaenopsis, conserve la classification proposée par Rolfe en 1886, mais transforme la section Esmeralda en section Antennifera et propose la section Zebrinae qu'il sépare de la section Stauroglottis. En 1897, dans ce même ouvrage, il crée le genre Hygrochilus.
Avant la parution de son travail dans Die Natürlichen Pflanzenfamilien il publia en 1886 Morphologische Studien über die Orchideenblüthe dans lequel il établissait le genre Paphiopedilum.
C'est Pfitzer qui proposa de diviser la famille des orchidées en plantes monopodiales et en plantes sympodiales.
* La taxonomie de la famille des orchidées a lentement évoluée depuis Linné qui reconnaissait 8 genres en 1753. Olof Swartz a reconnu 25 genres en 1800. Les étapes suivantes ont a été franchies par John Lindley qui a reconnu quatre sous-familles, puis par George Bentham avec une nouvelle classification, reconnaissant les sous-catégories pour la première fois en 1883 (Genera Plantarum, Bentham & Hooker). Pfitzer est pour un temps le contributeur principal de l'évolution de la classification, suivi par schlechter en 1926. Il a fallu attendre les travaux de Dressler et Dodson (1960) pour noter une évolution sensible. D'autres contributeurs et Dressler lui-même apportèrent quelques modifications mais il faut attendre 1999 et le premier tome de Genera Orchidacearum (Pridgeon, Cribb, Chase & Rasmussen) pour noter une évolution considérable grâce à la phylogénétique moléculaire basée sur des séquences d'ADN. Le sixième et dernier volume de Genera Orchidacearum a été publié en 2014
