Нансен возвращается в Норвегию и лето 1886 года проводит на военных сборах в Гардермуэне. Судя по письмам, которые он пишет в это время фрёкен Силов, ему там вовсе не нравится и он тоскует по времени, проведённому в Италии. Сразу после сборов он едет погостить к Юханне в Оппегорь, где встречает и Марте.
Вернувшись в Берген, Нансен с прежним рвением продолжал свои занятия в музее. Общение с крупнейшими учёными своего времени расширило кругозор Нансена, и он перешёл к изучению других морских организмов, а позднее вернулся к исследованию анатомии тюленей. Главным предметом исследований молодого учёного стал нервная система червей, раков и низших разрядов позвоночных — ланцетников и миксин. В этой области биологии в то время не было структурированности и существовали прямо противоположные теории о строении нервных клеток, узлов и волокон животных низших разрядов.
В 1886 году была опубликована его вторая большая научная работа «Структура и связь гистологических элементов Центральной нервной системы», где Нансен использовал метод Гольджи при изучении нервной системы беспозвоночных животных.
Осенью того же года Нансен едет в Шотландию, в Эдинбург, чтобы повидаться с Марион. По некоторым сведениям, именно Марион во время его пребывания редактирует и тщательно выправляет английский вариант докторской диссертации Нансена, которая выйдет в свет в 1887 году. Из встречи не выходит ничего хорошего: Фритьоф рассказывает прекрасной англичанке о своих уже окончательно определившихся планах путешествия через Гренландию, но, как и в Италии, Марион считает это «предприятие» чистым безумством. Однако их отношения не прерываются, а лишь охладевают — они пишут письма друг другу даже после женитьбы Фритьофа и замужества Марион.
Что касается опубликования диссертации на английском, то, как пишет П. Э. Хегге, «в то время ни одному учёному, кроме живущих в Великобритании или США, не пришло бы в голову написать докторскую диссертацию по естествознанию на английском языке. Главным языком науки был немецкий, и, даже не принимая во внимание значение теории Дарвина, британская научная среда была в профессиональном отношении захолустьем». Нансен, как всегда, пошёл своим путём и оказался прав.
Нельзя сказать, что научная общественность однозначно приняла докторскую Нансена. Кое-кто даже решил, что он буквально «проскочил сквозь игольное ушко». Поскольку все знали, что одновременно с защитой диссертации Фритьоф готовил и экспедицию в Гренландию, то на защите оппонент сказал:
«Поскольку молодой человек собирается в такую опасную экспедицию, из которой вряд ли вернётся живым, то что нам стоит порадовать его перед отъездом и присудить ему докторскую степень?»
Однако впоследствии достижения Нансена были оценены коллегами-зоологами по достоинству. По словам профессора М. Ретциуса, выдающегося шведского гистолога, «Фритьоф Нансен в течение каких-нибудь пяти лет — срок довольно незначительный, когда речь идёт о крупных биологических исследованиях, — успел заявить себя в области биологии весьма значительными трудами. Он, верный своей широкой натуре, всегда брался за крупные и трудные проблемы и сразу направлял внимание на самую суть дела. Словом, для всех тех, кому случалось ближе познакомиться с личностью Нансена и его трудами, ясно, что если бы неудержимое стремление к великой цели — исследованиям на Северном полюсе — не отвлекало его от занятий биологией и он со свойственной ему энергией и упорством продолжал бы свои столь талантливо и счастливо начатые исследования, то, наверное, обогатил бы биологию ещё многими серьёзными и ценными трудами. Он был не только знаменитым и отважным путешественником, но и первоклассным деятелем в области биологии».
«Думая о той роли, которую Нансену суждено было сыграть в политике, как во время распада унии в 1905 году, так и в международной дипломатии в 1920-е годы, нельзя не удивиться тому, что он вообще никак не отозвался о самой крупной внутриполитической баталии этого периода, а именно — рассмотрении Государственным судом дела Сельмера[22] и введении парламентаризма в 1883–1884 годах, — пишет П. Э. Хегге. — Вполне естественно толковать эту сдержанность как выражение его отношения к политике вообще, которое позднее становится более явным. Это отношение характеризуется своего рода презрением или, по крайней мере, желанием отмежеваться от политики и всего, что с нею связано. Ведь политики, по сути дела, ничего не могли сделать. Другое возможное объяснение состоит в том, что отец Фритьофа был консерватором и потому вряд ли испытывал какие-то симпатии к нововведениям и методам их внедрения. Взгляды Фритьофа Нансена в этот период становятся более радикальными, и, очевидно, он намеренно избегал политических тем из боязни огорчить чрезвычайно восприимчивого и ранимого отца».