האנתרופולוג והארכאולוג רוברט סאגס (Robert Carl Suggs) כלל פרק שכותרתו "מיתוס קון-טיקי" בספרו על פולינזיה משנת 1960, והגיע למסקנה כי "תאוריית קון-טיקי סבירה בערך כמו סיפורי אטלנטיס, מו ו'ילדי השמש'. כמו רוב התיאוריות הללו, היא מספקת קריאה קלה ומלהיבה, אך ערכה, כדוגמה לשיטה מדעית, עלוב למדי".
וייד דייוויס (Wade Davis), אנתרופולוג וחוקר הבית (Explorer-in-Residence) של הנשיונל ג'יאוגרפיק, מתח גם הוא ביקורת על התאוריה של היירדאל בספרו The Wayfinders משנת 2009, העוסק בהיסטוריה של פולינזיה. דייוויס אמר שהיירדאל "התעלם מהרוב המכריע של העדויות הלשוניות, האתנוגרפיות והאתנו-בוטניות, שהורחבו כיום על ידי מידע גנטי וארכאולוגי, דבר המצביע על כך שהוא טעה באופן מוחלט".
מחקר שנערך בשנת 2009 על ידי החוקר הנורווגי אריק תורסבי (Erik Thorsby) העלה כי יש ערך כלשהו לרעיונותיו של היירדאל, ואף על פי שפולינזיה יושבים על ידי ילידים מאסיה, קיים גם קשר כלשהו עם אמריקה הדרומית. חלק מהמבקרים טוענים, עם זאת, כי המחקר של תורסבי אינו חד משמעי מכיוון שנתוניו עשויים להיות מושפעים ממגע בין האוכלוסיות בתקופה המודרנית.
עם זאת, עבודות עדכניות יותר מצביעות על כך שהמרכיב של אמריקה הדרומית בגנום של אנשים מאי הפסחא מקדים את המפגש עם האירופאים: צוות של מדענים שכלל את אנה-ספפו מלספינאס (Anna-Sapfo Malaspinas, מהמוזיאון לתולדות הטבע של דנמרק) ניתח את הגנום של 27 אנשים ילידי איש הפסחא ומצא כי ה-DNA שלהם היה בממוצע 76 אחוז פולינזי, 8 אחוזים אינדיאני ו-16 אחוז אירופאי. הניתוח הראה כי: "אף על פי שניתן היה להסביר את החלק האירופי במגע עם אירופאים לבנים לאחר שהאי 'התגלה' בשנת 1722 על ידי מלחים הולנדים, הרכיב מאמריקה הדרומית היה עתיק הרבה יותר, והוא מתוארך בין 1280 ל-1495, זמן קצר לאחר שהאי יושב לראשונה על ידי פולינזים בסביבות 1200." עובדה זו יחד עם גולגולות עתיקות שנמצאו בברזיל שהכילו DNA פולינזי בלבד, מצביעים על כמה מסעות לפני המפגש עם אירופאים מאמריקה הדרומית לפולינזיה וההפך.
מחקר שהתבסס על ניתוח גנום רחב יותר שפורסם ב-Nature ביולי 2020 מרמז על אירוע של מפגש, בסביבות 1200 לספירה, בין אנשים מפולינזיה לבין קבוצה אינדיאנית הקשורה ביותר לתושבים הילידים של קולומביה של ימינו.
ביקורת נוספת על התיאוריה שהופיעה רק במאה ה-21 מתייחסת לגזענות בתיאוריה של היירדאל, לפיה היבטים של ציוויליזציה מתקדמת (שפה כתובה, יכולות ניווט, ארגון חברתי, בניית מונומנטים וכו') יוחסו לגברים הלבנים המזוקנים, ואילו התנהגות אלימה, אמונות טפלות ופרימיטיביות יוחסו למאורים-פולינזים ולילידי מלנזיה. היררכיה ערכית זו בין אנשים עליונים (לבנים) ונחותים (חומים ושחורים) הביאה מחקרים עדכניים להדגיש את הגזענות כגורם מפתח בעבודתו של היירדאל. בספרו "גיבור לעידן האטומי: תור היירדאל ומשלחת קון-טיקי" מקדיש אקסל אנדרסון פרק מיוחד לנושא בכותרת: "גזענות, סקסיזם ואוניברסליות".
המשלחת לאיי גלאפגוס (1952, 1953).
במהלך כנס בווינה (1952), סיפרו להיירדאל על תצלום של ראש אבן ענק שנמצא באי פלוראנה השייך לאיי גלאפגוס, ואשר יכול להזכיר את הפסלים באי הפסחא. אחרי שראה את הצילום הוא נסע לפלוראנה, רק על מנת לגלות שאת הפסל גילף היינץ ויטמר (Heinz Wittmer), מתיישב גרמני בגלאפגוס שהכין את הפסל לילדיו. עם זאת, הוא החליט בכל זאת לבצע מחקר ארכאולוגי ויחד עם הארכאולוג הנורווגי אָּרְנֱה שֶלְסְווֹל (Arne Skjølsvold, שעתיד להצטרף להיירדאל במחקריו הבאים) והארכאולוג האמריקני אריק ריד (Erik Kellerman Reed) הוא ארגן משלחת חפירות לאיים. המשלחת ערכה חפירות באתר באי סנטיאגו וגילתה חליל של האינקה מטרקוטה ושברים מ-130 כלי חרס מאזורים שונים ומתקופות תרבות בצפון פרו ואקוודור. הממצאים העתיקים ביותר מגיעים מתרבות מוצ'ה (300–800 לספירה) ומתרבות טיוואנאקו (540-900 לספירה). אזורי המוצא של כלי החרס משתרעים על רצועת חוף באורך 1,500 קילומטרים של אמריקה הדרומית. לא נתגלו שרידי יישובים, וההנחה היא שהמחסור במקורות מים מנע זאת, ובמקום ביקרו דייגים בלבד. בהתבסס על תיארוך שברים הגיעו היירדאל ושלסוול למסקנה שבאיים ביקרו ילידים מאמריקה הדרומית במשך יותר מ-1,000 שנה.
הממצאים הועברו למוזיאון קון-טיקי, והיירדאל ושלסוול פרסמו מונוגרמה על החפירות: "עדות ארכאולוגית לביקורים שקדמו לספרדים באיי גלאפגוס" (Archaeological Evidence of Pre-Spanish Visits to the Galápagos islands) שלא זכתה להתעניינות.
בשהותו באיים התעניין היירדאל (שכאמור היה זואולוג בהכשרתו) גם בבעלי החיים יוצאי הדופן של האיים והכין יחד עם הצלם פר הוסט (Per Høst) סרט דוקומנטרי הקרוי "גלאפגוס". הסרט יצא לאקרנים בנורווגיה (1955), דנמרק (1956) ושוודיה (1957).
בחזרה לאקוודור, ערכו היירדאל ועמיתיו ניסויים במתקן הניווט האינדיאני המכונה גווארה (guara), סוג של חרב, ששימש את האינדיאנים של פרו ואקוודור לניהוג רפסודות בעלות מפרש. מכשיר זה, שלא היה בשימוש במסע "קון-טיקי", הראה כי לנוסעים הקדומים מאמריקה הדרומית הייתה היכולת לנווט למרחקים באוקיינוס השקט. הצוות של היירדאל הוכיח כי הרפסודות המשתמשות בגווארה היו יכולות לשנות את מסלולן ולהפליג נגד הרוח. מבחינת היירדאל, הדבר אישר את התאוריה שלו לפיה עמים פרה-קולומביאניים היו לא רק יכולים להפליג על פני האוקיינוס השקט - הם היו יכולים גם לשוב הביתה.
ביקורת על הממצאים בגלאפגוס.
ב-1958 פרסם הארכאולוג סטיג ריידן (שהפך לנמסיס של היירדאל עוד מהתקופה שהוא התנגד לחלוקת מדליית רציוס להיירדאל) ביקורת חריפה על המסקנות של היירדאל ושלסוול לגבי הממצאים הארכאולוגיים. ריידן טען שהתיארוך של השברים מוטל בספק, והעובדה שהם נתגלו יחד עם שברי חרס אירופאים מחזקת לדעתו את הטענה שהשברים הם מהתקופה אחרי הכיבוש הספרדי.
ניתוח מחדש של האתרים הארכאולוגיים של היירדאל ושלסוול בשנת 2016 דחה את מסקנותיהם. הניתוח גילה שבכל המיקומים היו חפצים ממוצא אינדיאני ואירופי משולבים ללא הסדר המרחבי או הסטרטיגרפי המובהק, שניתן היה לצפות מהשקעה רציפה עצמאית (ואכן, היירדאל ושלסוול דיווחו על שילוב הממצאים האירופיים והאמריקאים בדו"ח המקורי שלהם). תיארוך פחמן-14 מהאתרים (שהיירדאל ושלסוול לא ביצעו) הציבו אותם בעידן ההיסטורי (לאחר ההגעה של הספרדים לאמריקה), וניתוח ראשוני של הסביבה הקדומה לא הראתה שום התערבות מעל 500 שנה לפני ההווה, דבר המצביע על כך שכנראה איש לא ביקר באיים לפני גילויים על ידי הספרדים בשנת 1535. מחברי המאמר משערים כי ממצאים מקומיים שנמצאו על ידי היירדאל ושלסוול הובאו ככל הנראה כמזכרות בזמן הכיבוש הספרדי.
אי הפסחא (1955–1956, 1986–1988).
במהלך 1954 ביצע היירדאל מחקרי שטח של החורבות של הערים מהתרבויות שקדמו לאינקה מאגם טיטיקקה (פרו) דרך בוליביה לקולומביה. הוא גם ניצל כנס שבו היה אחד המארגנים בברזיל לסיור באגן האמזונאס. במקביל הוא תכנן משלחת מחקר לאי הפסחא. האי, השייך לפולינזיה, והשוכן במרחק של 3,700 קילומטרים מחופי אמריקה הדרומית, היה מבחינתו המקום האידיאלי להוכיח את התאוריה שלו שפולינזיה יושבה על ידי מתיישבים מאמריקה הדרומית, הן בשל הקרבה היחסית והן בשל פסלי הענק הפזורים באי (המואי), שלפי התאוריה שלו הם חלק מהתרבות של ה"גברים הלבנים המזוקנים" שגילפו את הפסלים באזור טיוואנאקו. מכיוון שבתחילת שנות ה-50 של המאה ה-20 הקשר היחיד של האי עם העולם החיצון היה ביקור שנתי של אוניית מלחמה צ'יליאנית (האי שייך לצ'ילה) הוא היה צריך להגיע לאי באופן פרטי. היירדאל השתמש בכספים שקיבל מפרסום הספר והסרט על מסע קון-טיקי על מנת לשכור ספינת מכמורת מגרינלנד בשם כריסטיאן ביילנד (Christian Bjelland) על צוותה למשך שנה, ומימן התאמה שלה לספינת מחקר. הוא צירף למשלחת ארבעה ארכאולוגים: הנורווגי אָּרְנֱה שֶלְסְווֹל (Arne Skjølsvold), והאמריקאים קרלייל סמית (Carlyle Smith), אדווין פרדון (Edwin Ferdon) וויליאם מולוי. בנוסף הצטרף אליהם גונסאלו פיגוראה (Gonzalo Figueroa García-Huidobro), סטודנט צ'יליאני לארכאולוגיה. מולוי ופיגוראה היו עתידים לשחק תפקיד חשוב בשחזור האתרים הארכאולוגים של אי הפסחא בשנים אחרי שהמשלחת סיימה את מחקריה. בנוסף כלל הצוות צלמים, את איבון, אשתו השנייה של תור היירדאל, ואתם בתם אנט. למשלחת קרא היירדאל "המשלחת הארכאולוגית הנורווגית לאי הפסחא ומזרח האוקיינוס השקט" (Norwegian Archaeological Expedition to Easter Island and the East Pacific).