Геологические исследования в дальневосточных морях стали школой советских морских геологов, в которой отрабатывались приемы геологических исследований на больших глубинах, в условиях качки или льдов, испытывались новые приборы. На основе собранного материала была составлена первая карта донных осадков Охотского моря. Она коренным образом отличалась от карт донных осадков, составленных ранее. Были исследованы также Японское и Берингово моря.
Детально изучался химический состав донных осадков, причем кроме обычных анализов на соединения кремния и карбонаты исследовалось распределение таких элементов, как ванадий, вольфрам, молибден, а также распределение сульфидов и свободного H2S. Широко стали применяться дночерпатели и взятие колонок грунта. Были развернуты работы по изучению осадкообразования (А. П. Лисицын, 1956). Разрабатывались методы определения абсолютного возраста осадков иониевым методом и обломочных материалов калий-аргоновым методом. После работ «Витязя» по донным осадкам и процессам их образования дальневосточные моря в этом отношении стали одними из наиболее изученных.
Используя приобретенный опыт, геологи «Витязя» перешли к изучению Тихого океана. Были собраны в ранее трудно доступных районах океана, в частности в глубоководных океанических желобах, высококачественные пробы донных отложений, изучены основные типы глубинных осадков, выяснены закономерности их накопления, составлены современные карты распределения донных отложений. Все это было подытожено в монографии «Осадкообразование в Тихом океане».
Плодотворны были геологические исследования и в Индийском океане. Они ознаменовались крупными открытиями в изучении морфологии дна. Были уточнены границы и рельеф главных подводных хребтов и котловин, открыты неизвестные хребты, валы, горы, вулканы, желоба и долины.
«Витязь» был пионером и наших геофизических исследований в Мировом океане. Впервые испытывались и внедрялись в практику океанологических исследований многие геофизические методы и приборы: гидрофоны, сейсмическая регистрирующая аппаратура, магнитометры, определялась мощность земной коры и осадочных слоев. Геосейсмическое зондирование было проведено на хребтах Аравийском, Индийском, Мальдивском, Зондском и др. Обнаружены новые рифтовые долины.
Гидрологические исследования проводились во всех экспедициях «Витязя», так как океанология — это прежде всего характеристика водной среды, ее физических и динамических свойств. Первый период гидрологических исследований «Витязя» был ограничен изучением дальневосточных морей, их водообмена с Тихим океаном. Эти исследования показали, откуда происходят воды разных районов этих морей, связаны ли они генетически, например в Беринговом море, с субарктической зоной Тихого океана или с мелководной арктической областью.
По программе Международного геофизического года экспедиции в Тихом океане дали богатые результаты, обобщенные в монографии «Гидрология Тихого океана». Все данные по температуре, солености, плотности, течениям, волнам, льдам вошли и в более позднюю монографию «Общая циркуляция вод Тихого океана».
Работы в Индийском океане также дали совершенно новое понимание структуры и циркуляции его вод. В Индийском океане выделена особая муссонная зона, где ветры и течения верхнего слоя меняют свое направление в зависимости от сезона более чем на 90°. Большие исследования проведены «Витязем» по проблеме поровых вод.
Не меньшее значение имеют исследования «Витязя» в области химической океанологии. Геохимические исследования касались, в частности, круговорота серы, поступления ее в океан с речными стоками, образования H2S в условиях биогенного круговорота серы в Мировом океане и накопления этого элемента в донных осадках.
Много сделал для развития химической океанологии в нашей стране С. В. Бруевич. Во всех океанах изучались биогенные соединения (фосфаты, нитраты, нитриты и др.), кислород, рН, силикаты и другие элементы химии вод. Эти исследования помогли понять естественное районирование океанов, прежде всего Тихого, по горизонтали и по вертикали и связать химию вод с биологической продуктивностью моря. Нашими учеными показана трехслойная гидрохимическая структура Тихоокеанского бассейна, развиты представления о закономерностях распределения и изменчивости солевого состава морской воды.
Биологические исследования, произведенные экспедициями на «Витязе», не менее впечатляющи, чем его вклад в физико-географическую характеристику океанов. Это касается всех сторон изучения биологии моря — изучения планктона, нектона, бентоса, ихтиологии и др. Достаточно просмотреть сводку Г. М. Беляева, одного из ветеранов «Витязя», посвященную описанию ранее неизвестных науке животных и растений, открытых в экспедициях «Витязя». За 30 лет плаваний на «Витязе» биологами собраны громадные зоологические коллекции, описано более 1100 новых видов и установлено более 170 новых родов, более 25 новых семейств, отрядов, до нового типа (Pogonophora) включительно. Подавляющее большинство ранее неизвестных науке ультраабиссальных животных собрано в глубоководных впадинах Тихого океана на глубинах от б до 11 км. Одних погонофор установлено 49 новых видов.
Изучение жизни в морях и океанах — огромная проблема, которая складывается из нескольких направлений: изучения пелагиали, т. е. населения открытого моря, нектона — обитателей толщи вод, бентоса, т. е. придонной фауны; изучения планктона, т. е. мелких, взвешенных в воде организмов, рыб и т. д. В капитальных исследованиях планктонологов детально исследовались все компоненты биологического сообщества моря: бактерии, простейшие, животный и растительный микро- и макропланктон. Неизбежно проводятся сопутствующие гидрофизические и гидрохимические измерения, без которых трудно было бы объяснить многие вопросы изменчивости биологической продуктивности океана. Обобщение проведенных в свое время исследований позволило В. Г. Богорову построить схему биологической структуры Тихого океана. Многолетние исследования М. Е. Виноградова и сотрудников с привлечением методов математического моделирования осветили проблемы биологической продуктивности на широких океанских акваториях.
Столь же широкие задачи ставит изучение придонного населения, или бентоса, его происхождения, качественного и количественного состава. Это направление было создано у нас академиком Л. А. Зенкевичем и успешно развивается его последователями — 3. А. Филатовой, Н. Г. Виноградовой, Г. М. Беляевым и др. Ими поставлены и изучаются широкие проблемы биогеографического районирования Тихого океана, вертикальная зональность фауны в качественном и количественном отношении, история возникновения и развития океанической фауны.
Особенно ценный вклад в науку о жизни океана внесли исследования Л. А. Зенкевича и его школы глубоководной фауны, бентоса океанических желобов. Собранные ими на «Витязе» коллекции — наиболее обширные из существующих в настоящее время коллекций глубоководных животных. Изучение этих материалов позволило выделить самостоятельную ультраабиссальную зону жизни в желобах, на глубинах свыше 6000 м.
Специальный интерес имеют ихтиологические исследования «Витязя». Начиная уже с его первых рейсов в дальневосточные моря ихтиологи (Т. С. Расе, позднее Н. В. Парин и др.) уделяли большое внимание ихтиологическим исследованиям с применением самых разнообразных приборов — оттертралов, плавниковых сетей, ярусов, большой конической сети, хамсерозной сети, тралов Сигсби и Галатея, разноглубинных тралов Айзекс-Кидда и др. Изучались промысловые ресурсы дальневосточных морей, размножение и развитие многих видов рыб, имеющих промысловое значение, и другие вопросы.
С выходом «Витязя» в дальние плавания по Мировому океану исследования воспроизводства и развития рыб охватили важнейшие группы ихтиофауны эпимезо и батипелагиалей Тихого и Индийского океанов, т. е. поверхностных, средних и глубоких горизонтов моря.
Специально исследовали развитие ряда видов, участвующих в образовании звукорассеивающих слоев, в частности циклотонов и др. Наконец, нельзя не сказать о большой помощи, которую ихтиологи оказывали на борту «Витязя» специалистам другого профиля, например нам, биохимикам, или физиологам, изучающим рыб со своей точки зрения.