Prawdopodobnie Nansen jako jeden z pierwszych badaczy stosował technikę barwienia tkanek nerwowych azotanem srebra, którą odkrył włoski anatom Camillo Golgi (1843–1926). Techniki barwienia Nansen nauczył się od Golgiego podczas pobytu studialnego we Włoszech. Techniki tej używał podczas dwumiesięcznego pobytu w stacji zoologicznej Antona Dohrna (1840–1909) w Neapolu.
W 1888 roku uzyskał stopień doktora na podstawie pracy opartej na badaniach budowy ośrodkowego układu nerwowego u bezkręgowców, takich jak płazińce, mięczaki, skorupiaki, czy prymitywnych kręgowców takich jak bezżuchwowce. W swojej pracy, opublikowanej w 1887 roku, Nansen połączył koncepcję sieci nerwowej Golgiego z poglądem o komórce nerwowej jako odrębnej jednostce. Wymieniany jest obok Wilhelma Hisa (1831–1904) i Auguste’a Forela (1848–1931) jako jeden z pierwszych twórców teorii neuronowej.
Przeprawa na nartach przez Grenlandię (1888–1889) thumb|Przeprawa na nartach przez Grenlandię: trasa przebyta na pokładzie statku do połowu fok (kolor niebieski, linia przerywana), trasa przebyta na pokładzie łodzi wiosłowych (kolor niebieski, linia ciągła), planowana trasa przeprawy (kolor czerwony), przebyta trasa (kolor zielony) thumb|Wyprawa Nansena na Grenlandię (1888) thumb|Wyprawa Nansena na Grenlandię – sanie z żaglem (1888)