W 1883 roku opublikował książki o grzybach „Spiselig Sop, dens Indsamling, Opbevaring og Tilberedning” i „Sopkogebog”, które ukazywały się w kilku, rozszerzonych edycjach do 1924 roku. W latach 1882–1885 był asystentem profesora Hjalmara Heiberga w Katedrze Patologii i Anatomii, a jednocześnie organizował uniwersytecką kolekcję grzybów. W 1888 roku odbył dłuższą naukę u słynnego mykologa Juliusa Oscara Brefelda w Münster w Niemczech i zaliczył pobyt w laboratorium browaru Carlsberg w Danii. Po ukończeniu studiów przez kilka lat praktykował jako lekarz w Christianii. W 1893 roku uzyskał doktorat z filozofii za rozprawę „Om sop paa levende jordbund”.
Po spotkaniu z Brefeldem Olsen mniej czasu poświęcał grzybom jadalnym i grzybom wielkoowocnikowym, zajął się natomiast badaniami grzybów mikroskopijnych i ich udziałem w procesach fermentacji i dojrzewania. W laboratorium Carlsberga poznał profesora Emila Christiana Hansena, który badał czyste kultury drożdży w procesie warzenia piwa. Jesienią 1887 roku Olsen (który zaczął teraz nazywać się Olav Johan-Olsen) został zatrudniony jako kierownik laboratorium fizjologicznego w browarze Ringnes & Co. w Christianii i stanowisko to zajmował do 1890 roku. Pod jego kierownictwem wprowadzono do produkcji piwa w browarze czyste kultury drożdży.