Теплоухов взялся за изучение лесов северной полосы России. С 1841 года у него появились помощники; в том году состоялся первый выпуск лесных специалистов из Петербургской школы. Двое окончивших были отправлены на Урал, в Пермское имение Строгановых. Вскоре после приезда они приступили к съемке и оценке лесов и введению правильного лесного хозяйства в Билимбаевском округе Пермского имения.
Пытливый Теплоухов наблюдал за ростом древесных пород в различных природных условиях. Особенно привлекали его картины восстановления лесов на вырубках и гарях.
Представьте себе, вырублен хвойный лес. Какой появится на смену ему? Менее ценный, лиственный. Первыми приходят на гарь и вырубку породы-пионеры: береза и осина. Уже через несколько лет после того, как прошел человек с топором и пилой, шелестят осинки, сверкают листвой березки. И лишь пятнадцать-двадцать лет спустя, под пологом светолюбивых осин и берез появляется порода-лесообразователь — ель. Сначала низенькая, крохотная, со временем она набирает силу и вступает в единоборство со своими соседями, из которого выходит победительницей. Постепенно лиственный лес становится смешанным, смешанный — хвойным. Но процесс этот, процесс создания ценных древостоев, протекает очень медленно — не хватает даже века. В отдельных случаях вырубки и гари заболачиваются, вместо леса образуется болото. «Как избежать этого?» — думал Теплоухов.
Изучая северные леса, — новгородские и пермские, — Теплоухов стал разрабатывать основные вопросы лесного хозяйства.
В «Лесном журнале» за 1840 год появилась его большая статья о лесоустройстве — «О приведении в известность и первоначальном устройстве лесов в частных имениях» — первое оригинальное русское руководство в данной области.
Александр Ефимович писал:
«Приведение в известность лесной площади, количества и достоинства находящегося в ней леса и всех обстоятельств, имеющих влияние на возобновление оного и на сбыт лесных материалов, — есть основание всего вообще лесоводства; и как достигнуть этого можно только посредством съемки и оценки лесов, то мы изложим здесь в подробности все, что при такой съемке и оценке необходимо знать в лесоводственном отношении».
В статье Теплоухов изложил краткий курс лесоустройства. Он писал о разделении лесов на кварталы, подчеркивая, что «прежде всего нужно подумать о приведении лесов в такое устройство, чтобы они были обеспечены от пожаров»; писал о разделении леса на насаждения (в зависимости от почвы, основной породы, возраста древостоя), о картах, которые должен изготовлять съемщик, и т. д.
Работу Теплоухова высоко оценили современники. В 1842 году она под названием «Лесная съемка» была помещена в известной книге профессора геодезии и топографии А. П. Болотова — «Руководство к производству хозяйственной съемки и межевания». В 1841–1842 годах Теплоухов опубликовал на страницах «Лесного журнала» несколько статей об опытах в лесах имения «Марьино». Издававшее журнал Общество для поощрения лесного хозяйства избрало А. Е. Теплоухова своим корреспондентом и поручило ему составить руководство по устройству лесов.
Из статьи о лесоустройстве вырос капитальный труд «Устройство лесов в помещичьих имениях». Он был издан Вольным экономическим обществом и быстро разошелся. Вскоре Общество его переиздало.
«Устройство лесов» явилось хорошим руководством для управителей, лесничих и землемеров. В нем шла речь о приведении лесов в известность (съемка, описание), о разделении лесных дач, о введении в лесах правильных рубок. А. Е. Теплоухов первым в отечественной литературе ввел классификацию лесов, подразделил леса на природные и искусственные, природные, в свою очередь, на первобытные, прорубленные и вторичные, дал их подробное описание. Предложенное Теплоуховым понятие вторичных лесов является синонимом современных временных и производных типов леса (понятие временных лесов предложено крупнейшим русским лесоводом Г. Ф. Морозовым, понятие производных лесов — академиком В. Н. Сукачевым). В соответствии с предложенным подразделением Теплоухов установил ведение лесного хозяйства. На основе личных наблюдений в северных лесах он четко изложил смену пород, происходящую на лесных территориях, явившись в этом отношении предшественником Г. Ф. Морозова, который подробно изучил явления смены пород в лесу.