В университете базовыми предметами Мэтью становятся геология, минералогия и металлургия[5]. В 1893 году курс по остеологиимлекопитающих проводит профессор Генри Осборн, одновременно занимающий должность куратора отдела палеонтологии в Американском музее естественной истории. В 1894 году преподаватель отправляет способного студента в экспедицию в Северную Каролину, основной целью которой являются поиски вымерших млекопитающих. Исследуя угольную шахту, Мэтью обнаруживает останки скелета рутиодона — похожего на крокодила архозавра, жившего в позднем триасе[7]. После получения диплома доктора философии в 1895 году он получает приглашение Осборна на работу в музей, где трудится вплоть до 1927 года, последовательно занимая должности:
ассистента куратора отдела позвоночных (англ.assistant curator of vertebrate paleontology, 1898),
младшего куратора отдела позвоночных(англ.associate curator of vertebrate paleontology, 1902) и, наконец,
куратора отдела позвоночных (англ.curator of vertebrate paleontology, 1911)[8].
В период работы в музее Мэтью совмещал административную и научную деятельность, опубликовав более 240 научных работ[9]. В большинстве случаев эти работы относились к филогенезу млекопитающих (в частности, эволюции лошадей), основанных на коллекции Эдварда Копа и более поздних музейных приобретениях. Развивая идеи Альфреда Уоллеса об естественном отборе, предложил теорию (дисперсализм видов (англ.Biological dispersal)) об образовании и центре рассеивания новых форм позвоночных в климатически более сложных районах северного полушария на примере Центральной Азии. Согласно этой теории, наиболее ярко представленной в монографии «Климат и эволюция» (англ.Climate and evolution, 1915), острая борьба за выживание в условиях резкой смены температур и уменьшающихся источников пропитания приводила к волнообразному возникновению более продвинутых и выносливых видов, в то время как слабые и примитивные вытеснялись всё далее на юг — в Юго-Восточную Азию, Африку, Южную Америку и Австралию[8][10].
В 1927 году Мэтью оставил должность в Американском музее естественной истории — предположительно, вследствие разногласия с Осборном в вопросах эволюции и недостатком времени на научную деятельность в связи с реорганизацией отдела геологии[11]). Он был принят на преподавательскую должность в Калифорнийский университет в Беркли, где успел подготовить несколько перспективных палеонтологов. Спустя 3 года в возрасте 59 лет учёный скончался[5].
Matthew, W. D. Climate and evolution. // Annals of the New York Academy of Sciences. — 1915. — Т. 24, вып. 2. — С. 171—318. — doi:10.1111/j.1749-6632.1914.tb55346.x.
↑Laurin, M.; Reisz. R. R. The osteology and relationships of Tetraceratops insignis, the oldest known therapsid. // Journal of Vertebrate Paleontology. — 1996. — Т. 16. — С. 95—102. — doi:10.1080/02724634.1996.10011287.
↑Amson, E.; Laurin M. On the affinities of Tetraceratops insignis, an Early Permian synapsid. // Acta Paleontologica Polonica. — 2011. — Т. 56. — С. 301—312. — doi:10.4202/app.2010.0063.
Dingus, Lowell; Norell, Mark. Barnum Brown: The Man Who Discovered Tyrannosaurus rex. — University of California Press, 2011. — 384 p. — ISBN 0520272617.
D. M. S. William Diller Matthew. 1871-1930. // Obituary Notices of Fellows of the Royal Society.. — 1932. — Т. 1, вып. 71. — doi:10.1098/rsbm.1932.0015.