Академия наук последовательно командировала для участия в экспедиции двух профессоров — историка Г. Ф. Миллера  и натуралиста И. С. Гмелина (известного под именем Гмелина-старшего), адъюнкта Г. В. Стеллера и в помощь им пять студентов, «из коих, — как писал позднее М. В. Ломоносов, — один удался Крашенинников, а прочие от худого присмотра все испортились». Работники этого так называемого Академического отряда экспедиции получили задание — «географическое порядочное описание и осмотр или примечание о плодах земных и минералах и металлах и ботаническое, ежели найдутся, учинить».

             Гмелин-старший и его исследования Средней Сибири

В 1733 г. Иоганн Георг Гмелин в составе большого отряда прибыл в Тобольск, а оттуда поднялся вверх по Иртышу до 51°50' с. ш. и, пройдя на юго-восток, описал Кулундинскую степь до Семипалатинска. Затем он исследовал северо-западную часть Алтая в районе Усть-Каменогорска, проехал оттуда в Барнаул и через Салаирский кряж прибыл в Кузнецк (теперь Сталинск). Он спустился на лодках вниз по реке Томь до Томска, прошел через юго-восточную часть Западно-Сибирской низменности (вдоль реки Чулым, системы Оби) до Енисея, поднялся до Красноярска, а оттуда проехал в Иркутск.
  В 1734 г. Гмелин исследовал Забайкалье — низовье Селенги, берега Ингоды и Шилки от Читы до Нерчинска (на плотах), реку Аргунь и прилегающую местность на протяжении более, 150 км (от 50°20' с. ш. до 49°30г с. ш.). С Аргуни он повернул на Читу и в том же году возвратился в Иркутск. Зимой 1734/35 г. он ездил по Ангаре до Братска и описал пороги реки. Затем зимним путем он проехал через Илимск в Усть-Кут на Лене и, повернув на юг, добрался вверх по реке до устья Илги (у 55° с. ш.).
  Весной 1735 г. Гмелин на судах спустился до Якутска, сделав боковой маршрут по Витиму до реки Мамы (левый приток Витима) для изучения слюдяных месторождений (одних из крупнейших в мире). Гмелин описал горы по берегам Витима: он был первым исследователем Северо-Байкальского нагорья. Во время плавания вниз по Лене он описал утесы — «щеки» Лены, устье Витима и берега Лены от Витима до Олекмы.
  В 1736—1737 гг. он изучал месторождения Якутского края, затем вернулся в Иркутск.
  В августе 1738 г. Гмелин отправился на судах вниз по Ангаре до Енисея, подробно описав пороги. Зимовал он в Енисейске, а весной 1739 г. сплыл вниз по Енисею до Туруханска; он первый описал северный отрог Енисейского кряжа и рукава Енисея к северу от Туруханска. Поднявшись после этого вверх по реке до Красноярска, Гмелин проехал оттуда на запад, до Ачинска, повернул на юг и описал рудники межгорной Минусинской котловины, ограниченной на юге хребтами Западного Саяна. От Абакана он на плотах сплыл по Енисею до Красноярска, кратко описав берега реки между этими пунктами.
  Зиму Гмелин провел в Томске. В 1741 г. он пересек Барабинскую степь, кратко описав рельеф и озера края, и добрался до Тюмени; зимой ездил в Тобольск.
  В 1742 г. Гмелин исследовал Урал, в основном — восточный склон, примерно от 50°30' с. ш. до 60° с. ш. В Петербург Гмелин вернулся в начале 1743 г., закончив свое десятилетнее путешествие по Сибири.
  В 1747 г. Гмелин получил годичный отпуск для поездки на родину, но не вернулся из Германии. Свои исследования он описал на немецком языке в четырехтомной работе «Путешествие по Сибири с 1733 по 1743 г.» (Геттинген, 1751—1752 гг.), где позволил себе недопустимые выпады против русских. Русская Академия наук издала его четырехтомный труд «Флора Сибири» (1747—1769).
  Гмелин доставил первые научные сведения об Алтае, Кузнецком Алатау, Салаире, Западном Саяне, Кузнецкой и Минусинской котловинах (более ранние наблюдения Мессершмидта не опубликованы). Он был вторым (после Мессершмидта) научным исследователем Средне-Сибирского плоскогорья, Прибайкалья и Забайкалья.


      Стеллер — первый ученый исследователь Северо-западной Америки

Георг Вильгельм Стеллер, зоолог и врач, был зачислен в 1737 г. как адъюнкт Академии наук согласно его просьбе на службу во Вторую Камчатскую экспедицию. В августе 1740 г. он добрался до Охотска, перешел в сентябре через Охотское море на Камчатку, в Большерецк, а оттуда в конце марта 1741 г. добрался до Петропавловска.
  В июне 1741 г. Стеллер вышел в плавание вместе с Берингом на «Святом Петре», а 20 июля подошел к северо-западному побережью острова Каяк. Стеллер с трудом получил от Беринга разрешение сойти на берег, чтобы исследовать неведомый американский остров. За 10 часов, проведенных там, Стеллер произвел наблюдения над природой острова, установил мягкость его климата по сравнению с Камчаткой, расположенной на 10° южнее, и сделал вывод, что к северу от Каяка до 70° с. ш. и дальше расположена суша, защищающая его берега от проникновения северных ветров. За такое короткое время Стеллер описал 163 вида растений, животный мир острова, в том числе хохлатую сойку, которую потом стали называть его именем. Словом, Стеллер был первым ученым исследователем Северо-западной Америки.
  25 июля судно двинулось в обратный путь, на юго-запад, а 30 августа подошло к группе островов, названных Шумагинскими. Стеллер высаживался на один из них (видимо, Нагай), описал фауну острова и собрал небольшое количество противоцинготных растений. Он дал очень интересную этнографическую характеристику алеутов — первое их описание.
  Во время тяжелой зимовки на острове Беринга Стеллер составил первое физико-географическое описание этого острова, изучил его фауну и написал одну из важнейших своих работ «О морских животных», где впервые описал морскую корову (Стеллерова корова)  и голубых песцов.
  Пробыв на острове до середины августа 1742 г., Стеллер с остальными уцелевшими моряками через две недели вернулся в Петропавловск. На Камчатке Стеллер прожил в общей сложности два года, исследуя природу и население полуострова. Интерес представляет его книга «Описание земли Камчатки, ее обитателей, их нравов, имен, образа жизни и различных обычаев» (1774 г.); она сильно, однако, уступает работе на ту же тему студента С. П. Крашенинникова, материалами которого он частично воспользовался. Однако Стеллер только раз, в отношении рек, ссылается на работу студента.
  В Охотск Стеллер прибыл в 1743 г., провел в Сибири еще около трех лет и умер «от горячки» на пути в Петербург, в Тюмени, в 1746 г.

            Крашенинников — первый ученый исследователь Камчатки

Студент Петербургского академического университета Степан Петрович Крашенинников был сыном солдата Преображенского полка. «Он был из числа тех, кои ни знатною природою, ни фортуны благодеянием не предпочтены, но сами собою, своими качествами и службою, произошли в люди, кои ничего не заимствуют от своих предков и сами достойны называться начальниками своего благополучия». Он был зачислен во Вторую Камчатскую экспедицию, прикомандирован к И. Г. Гмелину и в 1733—1736 гг. путешествовал с ним по Сибири.
  В июле 1737 г. Крашенинников был послан Миллером и Гмелиным из Якутска на Камчатку. Он прибыл в Охотск, а оттуда в начале октября перешел морем в Большерецк.
  Во время перехода судно дало течь, в воду сбросили почти весь груз, в том числе и личные вещи Крашенинникова — провизию и чемодан с бельем: «И больше у меня не осталось, — писал студент в первом (с Камчатки) рапорте своим ученым «командирам», — как только одна рубашка, которая в ту пору на мне была».
  На Камчатке у русских в то время были только курные избы; но и такие «черные» избы казались ему уютными, так как случалось, его помещали в маленькую каморку, в которую «...пущается тепло окнами из черных изб. Но в оных каморках зимою как ради стужи, так и ради угару жить невозможно...» Его зачислили на хлебное довольствие, но денежного жалованья не платили два года — забыли прислать приказ из Охотска. А когда (в 1741 г.) Стеллер прибыл на Камчатку, то Крашенинников получил деньги за два года, по сту рублей за год, но его сняли с хлебного довольствия.
  В таких условиях Степан Крашенинников один начал, продолжал и в четыре года закончил всестороннее исследование полуострова Камчатки площадью около 350 тыс. кв. км. Помощниками его было несколько «служивых», то есть простых солдат или казаков, прикомандированных к нему.
  В 1738 г. он дважды пересек полуостров в его южной части. Между устьем Большой реки и Авачинской губы (немного не доходя до нее) он осмотрел Авачинскую сопку. Вернувшись в Большерецк той же дорогой, Крашенинников осмотрел юго-западное побережье Камчатки (но не дошел приблизительно на 60 км до мыса Лопатки) и Курильское озеро.
  В ноябре — апреле 1738/39 г. он прошел от устья Большой реки на север, вдоль западного берега Камчатки до 54°,5 с. ш., по долине реки Колпаковой поднялся до Срединного хребта, перевалил его, дошел до верховья реки Камчатки (длина ее около 700 км), а по ней спустился до устья и, таким образом, пересек полуостров в третий раз — в северо-восточном направлении. Оттуда он повернул на юг, осмотрел восточный берег полуострова до Авачинской губы и снова пересек Камчатку (в четвертый раз) возвращаясь в Большерецк.
  В августе 1739 — марте 1740 г. Крашенинников в пятый раз пересек полуостров в северо-восточном направлении от Болыперецка до Нижне-Камчатска и закончил осмотр восточного побережья полуострова в северном направлении до устья речки Караги (против Карагинского острова).
  Затем он в шестой раз пересек полуостров в северной, самой узкой его части. Осмотрев северо-западный берег Камчатки от Лесной реки до Тигиля, он в седьмой раз пересек полуостров в востоко-юго-восточном направлении, до Нижне-Камчатска. Вернулся он в Большерецк пройденным уже ранее путем, закончив, таким образом, восьмое пересечение Камчатки.
  В конце октября 1740 г. «господин студент» Крашенинников получил от адъюнкта Стеллера, недавно прибывшего в Большерецк, приказ со ссылкой на соответствующий пункт инструкции: «...быть вам у меня в команде и чиненные вами наблюдения с приезду вашего сюды на Камчатку по сих пор мне при репорте объявить, а при том какие у вас имеются казенные книги и материалы и сколько при вас имеется служивых, реестр объявить». Как выше указывалось, материалы — в каком объеме, неизвестно — были переданы Крашенинниковым Стеллеру.
  После отъезда Стеллера в Петропавловскую гавань, Крашенинников совершил последнее путешествие по Камчатке, в феврале — марте 1741 г., причем по крайней мере еще раз — девятый — пересек полуостров. От устья реки Камчатки он поднялся до Верхне-Камчатска, повернул затем на запад, вышел к «Пенжинскому» морю близ устья реки Облуковиной (приблизительно у 55° с. ш.) и обследовал побережье до устья Большой реки.
  Общая длина пройденного Крашенниковым камчатского побережья более 1700 км а внутренних учтенных маршрутов — более 3500 км. При этом Крашенинников один представлял собой комплексную экспедицию: он выступал то как геолог и географ (в самом широком смысле этого слова), то как ботаник и зоолог, то как историк и этнограф, то как, лингвист.
  В середине июня 1741 г. Крашенинников оставил Камчатку и через Сибирь вернулся в Петербург — в конце 1742 г. Но прошло еще два года, пока студент был назначен адъюнктом Академии наук. Через шесть лет (1750 г.) он был утвержден «профессором натуральной истории и ботаники» (то есть стал академиком: специального звания «академик» тогда не было). В 1751 г. он закончил свою книгу «Описание земли Камчатки» — монументальный труд, лучшее в мировой литературе XVIII в. страноведческое описание малоизвестной страны; но напечатано оно было лишь в 1756 г. — через год после смерти этого выдающегося ученого и путешественника (1755 г.). Его «Описание» вскоре было переведено на четыре европейских языка, стало образцом для нескольких поколений географов и сохранило большое значение до настоящего времени.