Ekspedisjonen ble planlagt med fire observasjonsposter langs polarsirkelen med en avstand på 1000 km mellom dem. Siden den første ekspedisjonen hadde vist at nordlyset oppstår i svært stor høyde, ble det ikke satset på målestasjoner på høye fjelltopper, men på eksisterende bygninger. Målestasjonen i Finnmark skulle brukes, men mange oppgaver kunne uansett gjøres nede ved fjorden i Kåfjord og i Bossekop. Det andre observatoriet skulle være på Dýrafjörður på Island, et tredje sted var Akseløya ved Spitsbergen på Svalbard, og den fjerde lokasjonen var Matochkin Shar på Novaja Semlja i Russland. På disse stedene var det fra før bygninger og etablerte aktiviteter. På Novaja Semlja fikk Birkeland en avtale om å benytte huset til kunstneren Aleksandr Borisov (1866–1934).