Fu uno dei maggiori studiosi ed esploratori dell'Artide del XIX secolo. Diresse ben quattro spedizioni all'esplorazione delle isole Svalbard, due verso la Groenlandia, di cui esplorò la costa occidentale nel 1870 e nel 1883, inoltrandosi in quest'ultima occasione fino a 130 km nell'interno. Varie spedizioni effettuò anche sulle coste settentrionali della Siberia e della Russia europea.
La spedizione più importante la compì a bordo della nave Vega negli anni 1878-1879 (spedizione Vega), partendo da Göteborg fino allo stretto di Bering, costeggiando le coste settentrionali dell'intera Eurasia e risolvendo una volta per tutte il problema del passaggio di Nord-Est: precedentemente, nel 1875 e nel 1876, era riuscito a raggiungere solo la foce dello Enisej, costretto a tornare indietro dai ghiacci.
Nella sua lunga e avventurosa attività esplorativa, vanno anche menzionati due tentativi, senza esito, di raggiungere il Polo Nord, sempre a bordo di navi, nel 1868 e nel 1872, partendo dall'arcipelago delle Svalbard.
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