1836年から1837年はイェールの化学研究所でシリマンの助手をつとめ、その後4年間チャールズ・ウィルクスに率いられた、アメリカ政府の太平洋の探検・調査、「アメリカ合衆国探検遠征隊」に鉱物学者、地質学者として参加した。1842年に帰国すると、13年かけて4年間の探検の報告をまとめた。デーナの記録にはアメリカ、カスケード山脈の南部の火山、シャスタ山とキャッスル・クラッグス () の風景を含む50枚のスケッチ、地図、図が含まれた。シャスタ山のスケッチはシリマンの創刊した学術誌、American Journal of Science and Artsに、デーナの記録に基づく記事とともに1849年に掲載された。