Осматривая руины, Литке убедился: жители давно покинули город, и только на противоположной стороне острова в первобытных условиях обитала горстка туземцев. К сожалению, все сведения о Понапе, собранные Литке, затерялись в архивах Русского географического общества и никогда полностью не публиковались.
В 1857 году руины Нан-Мадола поверхностно обследовал американец Л. Гьюлик, а чуть позже поляк И. Кубари, поселившийся на острове, составил первый подробный план руин. В 1896 году на Понапе появился англичанин Ф. Крисчен, исследователь бесцеремонный и бесчестный. Руководствуясь планом Кубари, он подверг руины Нан-Мадола настоящему ограблению и сам чуть не погиб от рук местных жителей, после того как разграбил несколько почитаемых туземцами древних гробниц.
Наиболее серьезное археологическое изучение Нан-Мадола предпринял в конце XIX — начале XX века немецкий ученый Пауль Хамбрух, который установил: все островки внутри лагуны искусственного происхождения! Неведомые строители привозили с севера острова базальтовые плиты, укладывали их рядами вдоль и поперек, а если блоки были неправильной формы, промежутки между ними заполняли коралловым щебнем. Верхние части большинства платформ были плоскими, удобными для возведения построек. Во время сильных приливов пространство между платформами затоплялось, и городок покрывался сетью каналов, напоминая маленькую Венецию. Хамбрух нанес на карту девяносто таких искусственных островов. Обнаружил он и искусственные водоемы, фундаменты дворцов и храмовых построек.
В 1908 году вышла в свет книга Хамбруха, посвященная исследованиям Нан-Мадола. В ней ученый выдвинул предположение о том, что на Понале в течение нескольких столетий действовал религиозно-культовый центр микронезиицев, куда совершали паломничества жители других островов Океании. Об этом свидетельствовали и легенды, записанные Хамбрухом со слов аборигенов. Согласно этим преданиям, некогда островом управлял князек Сау Делеур, имя которого постепенно стало титулом и означало — король-жрец. Таких сау делеуров было пятнадцать, а потом династия угасла. Именно этой династии принадлежит заслуга возведения каменных построек на искусственных островках. Ученый определил начало строительства священного города примерно V веком н.э. В 1958 году это подтвердила экспертиза, проведенная исследователями из США.
Немецкий археолог записал легенду островитян о главной богине Нан-Мадола, черепахе Нанунсунсан. Для нее построили дворец с бассейном, а саму богиню украшали перламутром. В дни праздников жрецы возили ее на лодке вдоль каналов и от ее имени выкрикивали прорицания. Затем богиню жарили и торжественно съедали. Американцы в 1958 году на дне заболоченного водоема внутри храма нашли тысячи панцирей таких богинь.
К 1914 году Хамбрух и другие исследователи установили: в Нан-Мадоле было около восьмисот каменных сооружений, включая крепостные стены и портовые постройки. Главный храм воздвигнут из мегалитических блоков. Под этим храмом обнаружилась сеть туннелей и каналов, по которым туда могли проникать люди и лодки. В другом храме меньших размеров внутренняя часть представляла собой как бы вывернутую пирамиду. Это очень сложный архитектурный прием. Вокруг всех зданий Нан-Мадола возведена крепостная стена циклопической кладки.
Археологические открытия на Понапе породили множество фантастических и невероятных гипотез. Одни ученые утверждали: на острове обнаружены остатки легендарной Лемурии; другие видели в циклопических каменных постройках плоды деятельности колонизаторов-инков, якобы прибывших на остров из Перу. Высказывалась и гипотеза, будто Понапе был форпостом египетских фараонов на Тихом океане. Позже некоторые популяризаторы заявят, что сооружения Нан-Мадола — дело рук инопланетян.
В XX веке археологические изыскания на Понапе прерывались мировыми войнами. Во время Второй мировой войны Каролинский архипелаг был оккупирован Японией. В 1946 году остров стал протекторатом США, и доступ к древним развалинам был опять закрыт: на соседних островах американцы планировали испытания ядерного оружия.