Asbjørnsen fortsatte med å publisere sagn og eventyr inntil kort tid før sin død. Men store deler av hans livsverk ligger på andre områder. Han var en av de første havforskerne, studerte skogbruk i Tharandt i Tyskland, var en av Norges første forstmestere og en tid torvmester, og gjorde utredninger over skogsaken. Han ble sammen med Jacob Bøckmann Barth, Thorvald Mejdell, Jens Carl Hørbye og Johannes Museus Normann sendt av myndighetene for å studere skogbruk med sikte på å styrke forstkyndigheten i landet. Hans forfatterskap strekker seg fra folkeskrifter og populærvitenskapelige artikler, en reiseskildring fra Egypt og en kokebok. Kokeboka avfødte den såkalte «grautstriden» med Eilert Sundt, om hvorvidt norske bondekvinner hadde innsikt nok til å utnytte melet optimalt. Det var Asbjørnsen som introduserte Darwins utviklingslære for norske lesere gjennom en artikkel i i 1861. I 1853 fant Asbjørnsen en sjøstjerne på 400 meters dyp i Hardangerfjorden; ingen hadde til da trodd at det fantes liv på denne dybden.