בתחילת המסע התרכז ננסן בנושאים המדעים ובעזרת מדגמי מים הוכיח, בניגוד למה שהיה מקובל קודם לכן, שהקרח הימי מתחיל להיווצר מעל פני המים ולא תחתם. הוא גם הוכיח שזרם הגולף זורם מתחת לשכבת מים קרים. לאחר תחילת ציד כלבי הים ננסן השתתף בציד והפך לקלע מומחה. הספינה נלכדה בקרח בקרבת אזור שלא נחקר עדיין של גרינלנד וננסן רצה לצאת לחקור אותו, אך הדבר לא התאפשר. בתקופה זו נבטה בו המחשבה על חקירת גרינלנד ואפילו חצייתה.
עם שובו מההפלגה ננסן לא חזר ללימודים האוניברסיטאיים, אך קיבל, בהמלצת קולט, את תפקיד האוצר של מחלקת הזואולוגיה במוזאון ברגן. הוא עבד וערך מחקרים, כשהוא מתרכז בתחום החדש יחסית של נוירואנטומיה ובעיקר בחקר מערכת העצבים המרכזית של יצורים ימיים נחותים. ב-1887 פרסם מחקר בתחום זה, מחקר שהפך לתזה שלו לדוקטורט. ננסן ערך סיורים ברחבי אירופה, נפגש עם מדענים ידועי שם ויצר איתם קשרים.
חציית גרינלנד.
האי גרינלנד, שמרבית שטחו מכוסה קרח ושלג בגובה רב מאוד, נחקר רק בשוליו, באזורי החוף. התהלכו אגדות רבות על מה יש בפנים היבשת, האם יש אזור לא מכוסה קרח, האם תנאי האקלים שם שונים ואולי מצדיקים את שם האי (הארץ הירוקה). ב-1883 ניסה אדולף אריק נורדנשלד לחצות את גרינלנד במסע ממערב למזרח, שהתחיל ממפרץ דיסקו. ב-1886 ניסה רוברט פירי את אותו מסלול - שניהם התקדמו רק כ-160 קילומטרים ונאלצו לחזור על עקבותיהם.
ההכנות למסע.
בתקופת עבודתו בברגן תכנן ננסן מסע לחציית האי גרינלנד. ננסן חשב שקבוצה היוצאת מהחוף המערבי של גרינלנד חייבת לשוב על עקבותיה בסופו של דבר, כי החוף המזרחי לא מאוכלס ולא ניתן לתאם עם כלי שיט הגעה במועד קבוע מראש ומשום כך הוא תכנן מסלול הפוך, יציאה מהמזרח וחצייה לכיוון המערב המאוכלס. החיסרון במסלול של ננסן היה נעוץ באי יכולת נסיגה, אם משהו משתבש, לא היה לאן לסגת, אבל מצב זה התאים לצורת הפעולה של ננסן. התוכנית של ננסן לחציית גרינלנד הייתה שונה מאוד מתוכניות קודמיו, הוא דחה את התוכניות המצריכות מאמצים ומשאבים גדולים ותכנן משלחת שתכלול רק שישה אנשים עם מזחלות קלות הנמשכות על ידם. למטרה זו תכנן במיוחד את המזחלות, את הלבוש, את שקי השינה ואת תנורי החימום.
הסיקור התקשורתי היה סקפטי, למשלחת לא ניתנו יותר מעשרה אחוזי סיכויי הצלחה ובהתאם לכך הגיבו גם השלטונות, ובמיוחד חברי הפרלמנט הנורווגי, שלא הסכימו להשתתף במימון המשלחת. חרף התנגדות השלטונות, נמצא המימון הדרוש במענק של איש העסקים הדני אוגוסטין גאמל ותרומות קטנות של נורווגים, תרומות שנאספו על ידי הסטודנטים.
נמצאו מתנדבים רבים, ששאפו לצאת עם ננסן במשלחת שלו, אך הוא חיפש במיוחד גולשי סקי מנוסים. נורדנשלד המליץ לו לגייס לאפים, עם שחי בצפון נורווגיה וננסן נשמע לו וגייס לצוותו שני לאפים, את סמואל באלטו ואת אולסה נילסן רווטה. שלושת חברי המשלחת הנוספים שנבחרו היו רב חובל אוטו סוורדרופ, שלאחרונה עבד כיערן, אולוף כריסטיאן דיטריכסון, שהיה קצין צבא וכריסטיאן כריסטיאנסן, מכר של סוורדרופ. כל חברי המשלחת היו בעלי ניסיון בחיים בחיק הטבע וגולשי סקי מנוסים.
זמן קצר לפני יציאת המשלחת הציג ננסן את התזה שלו לדוקטורט, אך תוצאות הבחינה נודעו רק לאחר יציאת המשלחת.
המסע לגרינלנד.
ב-3 ביוני 1888 יצא ננסן עם המשלחת שארגן לחציית גרינלנד ממזרח למערב בגלישה על מגלשיים, הם הפליגו מאיסאפיירד'ור בספינה לציד כלבי ים בשם יאסון. כעבור שבוע נראו כבר חופי גרינלנד, אך התקדמותם אל החוף נמנעה על יד בנקיז בתנועה דרומה. ב-17 ביולי החוף היה עדיין במרחק 20 קילומטרים, אך ניתן היה לראות את הפיורד סרמיליק, ממנו סבר ננסן שאפשר לעלות על מעטה הקרח של האי. ננסן החליט להוריד למים סירות קטנות ולצאת איתן אל האי. ההתקדמות לא צלחה כמצופה, הסירות נכלאו בבנקיז ונסחפו איתו דרומה. תנאי מזג האוויר היו לא טובים ואת מרבית הזמן בילו במחנאות על הקרח. עד 29 ביולי הגיעו למרחק של 380 קילומטרים דרומה לנקודה בה ירדו מהספינה. באותו יום הגיעו ליבשה, אך הנקודה הייתה דרומית מדי לצורכי תוכניותיהם, לכן, לאחר מנוחה קצרה, ננסן הורה לעלות על הסירות ולהתחיל לנוע צפונה. במהלך 12 הימים הבאים נאבקו להתקדם צפונה בין הקרחונים. ביום הראשון פגשו מחנה גדול של מקומיים וגם בהמשך פגשו מקומיים.
ב-11 באוגוסט, לאחר התקדמות של כ-200 קילומטרים הגיעו לפיורד אומיוויק, שם החליט ננסן לשנות את מסלולו ולהתחיל בחצייה, כדי לא להחמיץ את העונה המתאימה. הם הקדישו ארבעה ימים להתכוננות הדרושה לפני העלייה על כיפת הקרח וב-15 באוגוסט יצאו לדרך. הכיוון שלהם היה צפון מערבי, כשהם מכוונים אל כריסטיאנשאב, במערב גרינלנד, באזור מפרץ דיסקו, במרחק של כ-600 קילומטרים. במהלך הימים הבאים הם נעו בקושי רב על פני קרחונים עם בקיעים נסתרים רבים. מזג האוויר היה עוין ופעם אפילו נאלצו לעצור לחלוטין למשך שלושה ימים בגלל סערות וגשם בלתי פוסק. ב-26 באוגוסט ננסן סיכם שאזלו הסיכויים להגיע לכריסטיאנשאב עד מחצית ספטמבר, מועד בו מפליגה משם הספינה האחרונה לפני קיפאון החורף. ננסן החליט שוב לשנות את המסלול, בהציבו כמטרה הגעה לגודתאב, דרך קצרה ב-150 קילומטרים מקודמתה. חברי המשלחת קיבלו בשמחה רבה את קיצור הדרך.
ב-11 בספטמבר הגיעו לגובה של 2,730 מטר מעל פני הים, בפסגת מעטה הקרח של האי, מקום בו בלילה הטמפרטורה ירדה עד 50C-, אולם מכאן והלאה הדרך היורדת הייתה קלה יותר, למרות מזג האוויר העוין ופני השטח המסוכנים. מה שהאיט את התקדמותם היה השלג הטרי, שירד עליהם והכביד מאוד על משיכת המזחלות. ב-26 בספטמבר הגיעו לשולי פיורד מערבי ושם סוורדרופ אילתר כלי שיט בעזרת עצי ערבה שצמחו שם ובד האוהל שלהם. ב-29 בספטמבר יצאו ננסן וסוורדרופ להפלגה בכלי השיט המאולתר ובעזרת משוטים נעו לאורך הפיורד. 4 ימים מאוחר יותר, ב-3 באוקטובר 1888 הגיעו לגודתאב, שם קיבל אותם הנציג הדני של היישוב ובישר לננסן על הצלחת התזה שלו וקבלת הדוקטורט. יתר חברי המשלחת הגיעו ב-12 באוקטובר.
החזרה מגרינלנד.
כשהגיעו לגודתאב זה היה אחרי מסע של 49 ימים ו-78 ימים מאז ירדו מהספינה שהביאה את המשלחת. בדרך הקפידו חברי המשלחת למדוד ולרשום מדידות מדעיות לגבי המסלול שלהם. בגודתאב התבשרו שאין כלי שיט שמפליגים משם בזמן הקרוב ורק מכתבים יוכלו לשלוח בעזרת סירה, שעמדה לצאת בסוף החודש. חברי המשלחת נאלצו להישאר במקום והם צדו דגו וחקרו את חיי המקומיים עד 15 באפריל 1889, כאשר הפליגו משם בספינה הדנית Hvidbjørnen. הספינה עם המשלחת הגיעה לקופנהגן ב-21 במאי, אך הידיעות על בואה הקדימו אותה ולמשלחת המתינה קבלת פנים של גיבורים. קבלת פנים זו החווירה לעומת מה שהמתין להם באוסלו, שם באו לקבל את פניהם בין שלושים לארבעים אלף איש, שליש מהתושבים. החגיגה נמשכה עם שורה ארוכה של קבלות פנים והחלטה לייסד את החברה הגאוגרפית הנורווגית.
לננסן הוצע והוא קיבל את תפקיד אוצר האוסף הזואולוגי של האוניברסיטה המלכותית פרדריק, משרה שלא חייבה אותו לדבר ורק הבטיחה לו הכנסה מכובדת. המשימה הראשונה אליה נרתם הייתה כתיבת סקירה על המשלחת ומוצאותיה. הוא מצא זמן לנסוע לאנגליה, שם נפגש עם נסיך וולס, מי שעתיד להיות אדוארד השביעי, מלך הממלכה המאוחדת ולאחר מכן נשא דברים בכינוס של החברה הגאוגרפית המלכותית, שם הבטיח לו נשיא החברה, שהוא השיג את המקום הנכבד ביותר בין נוסעי החוג הארקטי והעניק לו את מדליית נותני החסות של החברה הגאוגרפית לשנת 1891. גופים רבים הרעיפו עליו פרסים וקבוצת אוסטרלים הציעה לו להוביל משלחת לקוטב הדרומי, אך הוא סירב, כי לדעתו הגעה לקוטב הצפוני תשרת טוב יותר את האינטרסים של נורווגיה.
נישואי ננסן, ילדיו ובתיו.
ב-11 באוגוסט 1889 ננסן הודיע על אירוסיו עם הזמרת אוה סארס, אותה הכיר כמה שנים לפני כן באתר סקי. הארוסה הייתה בתו של פרופסור לזואולוגיה שנפטר בילדותה. ב-6 בספטמבר, באותה שנה, נערכה החתונה. נישואים אלה הפתיעו רבים, כי ננסן התבטא לא פעם נגד מוסד הנישואין.
ננסן בנה לו בית למשפחתו ב-1891 מרווחי ספרו על המסע בגרינלנד. בתו הבכורה, ליב, נולדה לפני הפלגת פראם, בנו, קארה, נולד ב-1897 ואחריו נולדה הבת אירמלין ב-1900, אחריה נולד בן נוסף, אוד, ב-1901 ובן האחרון, אסמונד, נולד ב-1903. עוד בטרם הגיח לאוויר העולם הבן האחרון הבית היה כבר קטן על המשפחה, לכן ננסן רכש חלקת קרקע ובנה עליה בית מרשים, שזכה לשם פולהוגדה, שם נולד ב-1903 צעיר הבנים, אוסמונד, שסבל משיתוק מוחין.
אוה ננסן נפטרה בדצמבר 1907 מדלקת ריאות. בשנת 1919 הוא התחתן עם סיגרון מונטה.
משלחת ננסן לחוג הארקטי.
הרעיון.
הנריק מוהן, מטאורולוג נורווגי פרסם תאוריות המבוססות על העובדות שנמצאו בגרינלנד שברים מאוניית הקיטור האמריקאית "ז'אנט" (1878), שאבדה סמוך לחופי סיביר, וסחופת עצים, שנמצאה במחוזות סוולבארד וגרינלנד, רמזו על הימצאות זרם אוקיינוס הנובע מתחת לכסות הקרח הארקטי ממזרח למערב, זרם שנושא עמו סחופת עצים ממחוזות סיביריים אל סוולבארד ומערבה משם. ננסן קרא זאת ב-1884 והתחיל לחשוב על האפשרויות הגלומות בכך.
ננסן הגה את הרעיון שאונייה חזקה במידה מספקת תוכל להגיע לאזור בו טבעה "ז'אנט" ומשם להתמסר לחיבוק הקרחונים ולתת להם להוביל אותה לכיוון הקוטב הצפוני ואף מעבר לו עד גרינלנד. ב-1890 הציג ננסן את רעיונו לפני החברה הגאוגרפית הנורווגית, ספינה קטנה וחזקה עם מזון ודלק עבור תריסר אנשים לחמש שנים. ננסן טען שהמשלחות הקודמות נכשלו, כי ניסו להגיע לקוטב הצפוני ממערב למזרח וזה היה בניגוד לכיוון הזרם - הוא רצה להגיע ממזרח למערב.