В 1906 году, придя в Ном на «Йоа» с востока, а в 1920 году на «Мод» с запада, он, таким образом, совершил первое кругосветное путешествие в арктических водах. «В наше время рекордов — это имеет свое значение», — записывает Амундсен в своем дневнике. Свои путешествия он сам называет «славными». И все-таки обвинения Амундсена в излишнем стремлении к рекордам и славе не совсем справедливы. Во-первых, Руал Амундсен своей беззаветной деятельностью открыл новую яркую страницу в области полярных исследований, чем заслужил всеобщее признание. Во-вторых, в его работе интересы науки играли совсем не малую роль. Амундсен пишет о трансатлантическом перелете через Северный Ледовитый океан так: «Мой интерес был продиктован не исключительно только жаждой приключений, но был также интересом географа и ученого». И это действительно было так.
Еще в 1901 году он отправляется на «Йоа» в плавание между Шпицбергеном и Гренландией. Попутно он выполняет для Нансена океанографические исследования в малоизученных в то время северных водах, и этими исследованиями Нансен остался очень доволен.
В 1903—1906 годах Амундсен прошел на «Йоа» Северо-западным проходом, чего никому не удавалось сделать в течение почти четырех столетий. Во время этого плавания Амундсен отводил исключительное место производству наблюдений в районе Северного магнитного полюса. Впервые произведенные там магнитные наблюдения были так обширны и полны, что ученым понадобилось целых двадцать лет, чтобы их обработать. Никогда до Амундсена наука не располагала столь обширными данными о явлениях земного магнетизма в районе Северного магнитного полюса.
Экспедиция Амундсена нанесла на карту новые острова и берега, например, острова Ховгарда в бухте Ля-Троб, острова Принцессы Ингеборг, острова Норденшельда. К северу от залива Маркэма была обследована группа островов, названных островами Королевского Географического Общества. Был положен на карту восточный берег Земли Виктории. В проливе Симпсона у острова Эда произведен промер глубин.
Помимо этого, по заданию Норвежского университета были собраны большие зоологические коллекции, а по поручению норвежских музеев — богатая коллекция из предметов эскимосского обихода. Орудия рыбной ловли, одежда, утварь, оружие и т.п. заполняли трюмы маленькой яхты, когда она возвращалась из своего плавания на «Йоа».
Во время похода к Южному полюсу научные изыскания не носили систематического характера, но метеорологические наблюдения производились неукоснительно. Кроме того, во время пребывания Амундсена на антарктическом материке «Фрам» был отправлен из Китовой бухты для ведения научных наблюдений в Южном Ледовитом океане.
Экспедиция на «Мод» также дала немало научных материалов. В первую же зимовку вблизи судна выросли своего рода метеорологические и магнитные обсерватории. По возвращении корабля из Нома, зимой 1920/21 года, на зимовке у восточных берегов Азии научные наблюдения не прекращались. Спутники Амундсена — Х. Свердруп и Вистинг — объехали все чукотское побережье от мыса Сердце-Камень до залива Креста и собрали богатый этнографический материал. Но особенно ценными оказались наблюдения над дрейфом льдов и изучение их физических свойств во время трехлетнего дрейфа «Мод» через Северный Ледовитый океан.
Несмотря на трагичность положения Амундсена и его спутников при вынужденной посадке на лед гидропланов № 24 и № 25 у 87°43' западной долготы, несмотря на то что ежедневный паек был уменьшен до 225 граммов , а люди работали сверх всяких сил над постройкой взлетной площадки и совершенно обессилели, там производились регулярные астрономические, метеорологические и океанографические наблюдения.
Во время полета через полюс на дирижабле «Норвегия» также велись астрономические и метеорологические наблюдения и, кроме того, наблюдения над атмосферным электричеством. В результате полета выяснилось, что между Северным полюсом и мысом Барроу на Аляске не было обнаружено никакой земли. До перелета географы вели между собой по этому поводу бесконечные споры.
На последнем этапе жизни Амундсен строил новые планы: он собирался заняться изучением древних культур народностей, населявших побережье Северной Америки и Северной Азии. Его интересовали вопросы этнографии, археологии и антропологии.
Таков облик Руала Амундсена как полярного исследователя и ученого. Здесь же следует коротко остановиться и на взаимоотношениях Амундсена с величайшим норвежским полярным исследователем Фритьофом Нансеном. Нансен сыграл в судьбе будущего полярного исследователя весьма заметную роль. Он рекомендован Амундсена людям, которые могли помочь ему в организации экспедиции в Канадский арктический архипелаг. Несомненно, что тогда еще никому не известный молодой полярный исследователь самостоятельно, без помощи прославленного ветерана арктических стран организовать экспедицию на «Йоа» не смог бы. Большую роль сыграло и одобрение Нансеном далеко идущих планов этой экспедиции. Сколь велико было влияние Нансена на молодого исследователя, показывает следующий факт. Амундсен пишет, что, когда Северо-западный проход, наконец, был пройден, он «остановился на минуту перед портретом Нансена и в это мгновение изображение словно ожило, будто Нансен смотрел на меня и кивал головой: „я это знал“. Я кивнул ему в ответ, улыбаясь от счастья, и вышел на палубу» (Руал Амундсен, Собр. соч., т. 1, Северо-западный проход, изд. Главсевморпути Л. 1939, стр. 333.).
В экспедиции к Южному полюсу Амундсен использовал знаменитый «Фрам», который уже служил Нансену в его дрейфе через Северный Ледовитый океан в 1893—1896 годах и Х. Свердрупу в 1899—1902 годах.