Wittig forskade bl.a. kring nukleofil aromatisk substitution, varvid han upptäckte den syntetiskt viktiga reaktion där halogen byts mot metall vid behandling av aromatiska halogenider med organiska litiumföreningar samt den därmed förknippade bensynmekanismen. År 1953 upptäckte han att fosforylider reagerar med ketoner under bildning av olefiner, en mycket användbar syntetisk reaktion