Воззвания вроде бреттовского, обращенного к «любителям приключений», вдохновляли романтиков на экстремальные морские путешествия — будь то в одиночку вокруг света или на корабле в полярные широты, — однако полярные моря были покорены исследователями лишь в XIX веке. Хотя интерес к Тихому океану ни у британцев, ни у французов, ни у русских, а с 1830-х годов и у американцев не ослабевал, с 1815 года началась не менее лихая волна покорения Арктики и Антарктики, движимого как национальной и личной гордостью, так и рациональным экономическим и политическим расчетом. Даже при отсутствии непосредственной выгоды эти экспедиции заложили фундамент для различных океанографических исследований, которые и сегодня остаются основным предметом морской науки. Англичане отказались от поисков Северо-Западного прохода в 1616 году — после экспедиции Уильяма Баффина и Роберта Байлота (одного из участников бунта на «Дискавери» Генри Хадсона) к Ланкастерскому проливу, пролегающему к северу от Баффиновой земли, и заливу Гудзон. Вдохновленный отзывами китобоев, промышлявших к западу от Гренландии, в 1818 году поиски со стороны Атлантики возобновил Джон Росс, отправившись в первую из череды экспедиций, которые постепенно торили путь в канадскую Арктику. Семь лет спустя Фредерик Уильям Бичи прошел через Берингов пролив, пытаясь проложить курс с запада на восток. Но пик покорения Арктики пришелся на десятилетие после пропажи «Эребуса» и «Террора» сэра Джона Франклина, когда больше десятка британских и американских судов занимались поисками следов экспедиции, останки которой были в конце концов найдены в 1854 году. Северо-Западный проход оставался непреодолимым, пока норвежец Руаль Амундсен не покорил его на двадцатиметровой одномачтовой яхте «Йоа» в 1903–1906 годах, через четверть века после того, как швед Адольф Норденшельд впервые прошел по Северо-Восточному морскому пути из Баренцева моря в Северный Тихий океан.

Берега Антарктиды впервые увидел в 1820 году российский мореплаватель Фаддей Фаддеевич Беллинсгаузен, а следом за ним в том же году британский охотник на тюленей Уильям Смит, указывавший путь кораблю Королевского военно-морского флота, и охотник на тюленей из Коннектикута Натаниэль Палмер. Охотники и китобои продолжали наведываться в Антарктику на протяжении всего века, но ступить на сам континент удалось лишь в 1895 году, когда Шестой международный географический конгресс провозгласил Антарктиду «величайшим географическим открытием, которое еще предстоит сделать». В отличие от Арктики, которая представляет собой скованное льдом море, Антарктида — ледяной континент, однако для исследования его берегов требовалось высочайшее мореходное мастерство, воплощением которого стали беспримерные переходы сэра Эрнеста Генри Шеклтона на шлюпках после того, как его судно «Эндьюранс» было затерто льдом в море Уэдделла в 1915 году.

Освоение Антарктики и недавно открытых земель шло рука об руку с кропотливым и трудоемким картированием береговой линии. За четверть века в должности гидрографа военно-морского флота (1826–1851) адмиралу Бофорту довелось руководить полной пересъемкой береговой линии Британских островов, а также частичными пересъемками в Средиземноморье и Арктике. Задачи не сводились к одной океанографии — со времен Кука и Бугенвиля этнография и изучение наземной фауны и флоры были хоть и второстепенным, но постоянным элементом экспедиций, посвященных морским исследованиям и съемке береговой линии. Именно с этой целью в пятилетнее плавание «Бигля» у берегов Южной Америки в 1830-х годах взяли двадцатилетнего ботаника Чарльза Дарвина. Близкий друг Дарвина Джозеф Хукер, впоследствии директор Королевского ботанического сада в Кью, сопровождал экспедицию, возглавленную Джеймсом Кларком Россом, племянником Джона Росса, целью которой было определение Южного магнитного полюса, а также океанографические, ботанические и зоологические наблюдения в Тасмании, Новой Зеландии, Антарктиде и окрестных водах.

В начале 1870-х годов Королевское научное общество принялось лоббировать крупномасштабную экспедицию, призванную объединить несколько направлений исследования, из которых постепенно складывалась наука океанография — термин, предложенный Мори в 1859 году. Винтовой корвет Королевского военно-морского флота «Челленджер» под командованием капитана Джорджа Стронга Нэрса был оснащен разнообразным оборудованием для измерения течений, температуры воздуха и воды, взятия донных проб с глубины до 3700 метров и промера глубины до 11 000 метров. За три с половиной года команда «Челленджера», состоявшая из шести гражданских ученых, открыла более 4000 ранее неизвестных видов морских животных и растений. В XX веке горизонты морских исследований раздвинулись еще шире и охватили такие разноплановые дисциплины, как физическая, химическая и биологическая океанография, климатология и рыбоводство, а также прикладные направления от нефтяной разведки до подводной добычи полезных ископаемых.