[[1888]]–[[1889]] m. su O. Svedrupu ir kitais keturiais keliautojais slidėmis perėjo pietinę [[Grenlandija|Grenlandiją]] iš rytų į vakarus nuo Gyldenveleso fiordo iki Ameraliko fiordo ir nustatė, kad salą dengia ledynai. [[1893]] m. su [[Otas Svedrupas|O. Svedrupu]] laivu „Fram“ išplaukė iš Kristianijos, tikėdamiesi pasinaudodami jūrų srovėmis ir ledų dreifu pasiekti [[Šiaurės ašigalis|Šiaurės ašigalį]]. 1893 m. rugsėjo mėn. į šiaurės vakarus nuo [[Naujojo Sibiro salos|Naujojo Sibiro salų]] laivas įšalo ir ėmė dreifuoti į šiaurės vakarus, artėdamas prie Šiaurės ašigalio. Po metų laivas pasiekė 83<sup>o</sup>°24' šiaurės platumos, tačiau pakeitė kryptį. F. Nansenas, supratęs, kad laivu ašigalio nepasieks, laivui vadovauti paliko O. Svedrupą, o pats 1895 m. kovo mėn. su [[Hjalmaras Johansenas|F. H. Johansenu]] ([[1867]]–[[1913]]) šunimis kinkytomis rogėmis patraukė ašigalio link. Po trijų savaičių pasiekę 86<sup>o</sup>°14' platumą, turėjo pasukti atgal. Liepos mėn. keliautojai pasiekė [[Prano Juozapo žemė|Prano Juozapo žemę]] ir liko žiemoti. [[1896]] m. pavasarį iškeliavo į pietvakarius, norėdami pasiekti [[Špicbergenas|Špicbergeną]], bet birželio mėn. juos netikėtai surado F. Džaksono britų ekspedicija, su kuria jie [[1896]] m. rugpjūčio mėn. grįžo į Norvegiją. Beveik tuo pačiu metu grįžo ir iš ledo netoli Špicbergeno išsilaisvinęs laivas „Fram“. Dreifo metu atlikti tyrimai paneigė nuomonę, kad [[Arkties vandenynas]] seklus, buvo surasta netgi didelių gelmių, nustatyta vandenyno vandens masių struktūra, atrasta Žemės sukimosi įtaka ledų judėjimui.
