Sommeren 1875 var han med DS «Hansteen» for oppmåling av den norske kystlinje. Stortinget ga støtte til Den norske Nordhavsekspedisjon 1876–78 med DS «Vøringen», med omfattende målinger i Norskehavet. Mohn deltok selv i toktene. En annen viktig bidragsyter var G.O. Sars. Målinger og analyser ble publisert over en årrekke. Mohn sitt hovedverket i publikasjonsrekken forelå i 1887: «Nordhavets Dybder, Temperatur og Strømninger».