Nathorst utsågs till professor i ett kungligt beslut 1884 och intendent för avdelningen för paleobotanik vid Naturhistoriska Riksmuseet. Det material som Nathorst samlade under sina expeditioner är grunden till museets paleobotaniska samlingar än idag.
Nathorst ledde flera expeditioner till bland annat norra ishavet. Expeditionen 1898 gick till Björnön, Svalbard and Kung Karls Land. 1899 års expedition gick till Grönland. 1899 års expedition hade som bisyfte att finna Andreés expedition från 1897. Andreé och hans manskap återfanns inte vid denna expedition och expeditionens viktigaste bidrag blev huvudsakligen kartläggning av områden runt Grönland. Dessa två expeditioner beskrivs i böckerna 'Två somrar i Norra Ishavet'.
