Alfred Russel Wallace v dopise svému nevlastnímu bratrovi v roce 1861 napsal, že nevěří většině náboženských dogmat, ale na náboženstvích toho dokáže hodně ocenit a jejich existenci považuje za nutnost. Také obhajoval své zkoumání přírody a hledání pravdy, které podle něho nemohlo být v rozporu se záměry jakékoli božské bytosti, pokud nějaká existuje.
Byl vášnivým frenologem. Na počátku své kariéry experimentoval s mesmerismem, který kombinoval zásady frenologie s hypnózou. K výzkumu využíval některé své studenty z Leicesteru. Mesmerismus byl velmi kontroverzním tématem a experimentátoři v této oblasti byli lékařským a vědeckým establishmentem tvrdě kritizováni. Tehdy si Wallace usmyslel, že nebude přijímat jakkoli silnou kritiku významných vědců, pokud proti nim budou stát důkazy ve formě opakovaných pozorování nějakého jevu.
Spiritualismem se začal zabývat v létě 1865, možná na popud své starší sestry Fanny Simsové, která s ním už nějakou dobu měla co do činění. Když si o tématu přečetl několik knih a účastnil se několika seancí, uvěřil, že alespoň některé z jevů objevujících se při seancích jsou opravdové, a to i přes množství důkazů o podvodech, které nasbírali skeptici. Historikové a biografové se neshodují v tom, co ho přimělo ve spiritualismus uvěřit. Podle Rosse Slottena, autora knihy The Heretic in Darwin's Court: the life of Alfred Russel Wallace, k tomu přispěl emocionální šok, který prodělal o několik měsíců dříve, když se s ním rozešla jeho první snoubenka. Jiní učenci spíše upřednostňují jeho touhu vědecky vysvětlit všechny přírodní a společenské jevy, a to jak materiální, tak nemateriální.
Spiritualismus dělal dobrý dojem na mnoho viktoriánských vzdělanců, kterým již nevyhovovaly tradiční náboženské doktríny (např. anglikánské církve), ale nebyli spokojeni s čistě materialistickým a mechanickým pohledem na svět, který začala nabízet věda 19. století. Nicméně mnoho učenců, kteří do hloubky zkoumali Wallaceovy názory, poznamenalo, že pro něj byl spiritualismus spíše otázkou vědy a filosofie než náboženské víry. Mezi intelektuály 19. století, kteří vyznávali spiritualismus, byli např. společenský reformátor Robert Owen, který byl jedním z Wallaceových prvních idolů, fyzici William Crookes a Lord Rayleigh a matematik Augustus De Morgan.
Jeho neustálá obhajoba spiritualismu a tzv. médií na veřejnosti v 70. letech poškodila jeho vědeckou reputaci. Navíc zkomplikovala dříve dobré vztahy s Henrym Batesem, Thomasem Huxleym a dokonce s Darwinem, který Wallaceovi vyčítal přílišnou důvěřivost. Jiní vědci, jako např. fyziolog William Benjamin Carpenter a zoolog Ray Lankester, se k němu na veřejnosti začali chovat přímo nepřátelsky. Spolu s dalšími vědci obhajujícími spiritualismus se Wallace stal předmětem silné kritiky ze strany tisku. Obzvláště tvrdě k nim přistupoval The Lancet, přední anglický lékařský časopis té doby. Tato kontroverze ovlivňovala pohled veřejnosti na Wallaceovu práci až do konce jeho života. Když se v roce 1879 Darwin začal snažit o přidělení penze Wallaceovi a snažil se získat podporu ostatních přírodovědců, Joseph Hooker byl nejprve proti právě kvůli jeho veřejné obhajobě spiritualismu. Nakonec ale polevil a žádost podpořil.