Nordenskiöld ledet fem forskningsreiser til Svalbard (1858, 1861, 1864, 1868, 1872/73) og en ekspedisjon til Vestgrønland (1870). Senere dro han til arktiske Karahavet og til elva Jenisej (1875, 1876). Mest kjent ble han for reisen med skipet fra 1878 til 1880, da han fant nordøstpassasjen.