Hans navn ble for alvor kjent gjennom en ekspedisjon med «Kon-Tiki» i 1947, da han seilte  km over Stillehavet i en håndbygget flåte fra Sør-Amerika til Tuamotuøyene. Ekspedisjonen skulle vise at folk for lenge siden kunne ha gjort lange sjøreiser og skapt kontakter mellom tilsynelatende separate kulturer. Dette var knyttet til en diffusjonsmodell for kulturell utvikling som skulle kjennetegne det meste av Heyerdahls arbeid. Han gjennomførte også andre seilaser med sivbåtene «Ra», «Ra II» og «Tigris» for å demonstrere muligheten for kontakt mellom vidt atskilte folkeslag i oldtiden.