Etter en ekspedisjon langs Norges nordlige kyster i 1849, oppholdt Sars seg i Trieste ved Adriaterhavet sommeren 1851, og i Napoli og Messina vinteren 1852-53. På reisene tok han opp en av sine store interesser, nemlig dyregeografien, spesielt sjødyrenes vertikale fordeling. Han greide etter hvert å ta prøver ned til 400-500 favners dyp med skrape fra robåt og fant levende organismer så langt ned han kunne komme. Dette var sensasjonelt, for tidligere hadde havdypet vært ansett som en død «ørken». I 1851 fikk han plass i bestyrelsen for Bergen Museum.