Научные наблюдения отнимали у Макарова не мало времени, но вовсе не мешали, как это предполагали в министерстве, основной цели плавания. Когда позволяли условия, наблюдения на «Витязе» производились каждые четыре часа, а на границах течений, в проливах и т. д. — через каждые пять-десять минут. Глубоководных исследований было сделано более двухсот шестидесяти. Для ловли рыб и добычи растений с различных глубин была изготовлена специальная сетка.
Макаров неоднократно говорил, что степень усердия личного состава корабля зависит от осмысленности самой работы. А так как в научную работу, которую он вел, был посвящен почти весь экипаж корабля, то у Макарова не было недостатка в деятельных помощниках. «Я с великим удовольствием, — пишет Макаров, — упоминаю фамилии молодых наблюдателей по старшинству: мичман Мечников, Митьков, Максутов, Кербер, Шульц, Шаховский, Пузанов и Небольсин. Особенно же много потрудился младший штурман подпоручик Игумнов».
Результат этой коллективной работы экипажа «Витязя», организованной и направляемой командиром корабля, нашел полное отражение в большом упомянутом выше труде, написанном Макаровым по возвращении из плавания.
Труд С. О. Макарова был в 1894 году издан Академией наук в двух томах с таблицами для обработки удельных весов, рисунками, картами и чертежами. Макаров назвал его так: «Витязь» и Тихий океан. Гидрологические наблюдения, произведенные офицерами корвета «Витязь» во время кругосветного плавания 1886-1889 годов, и свод наблюдений над температурою и удельным весом воды Северного Тихого океана».
Первая часть произведения Макарова содержит систематизированный рассказ об инструментах и способах обработки наблюдений, в ней дается подробный обзор гидрологического журнала «Витязя», обобщаются результаты измерений, наблюдений, проб.
Во второй части приводится обширная сводка температур морских вод по отчетам всех плававших в Тихом океане экспедиций. В этой же части Макаров, подготавливая выводы о значении изучения моря для океанографической науки и в частности для военного флота, анализирует и обобщает материалы своих предшественников начиная с 1804 года — первого года плавания Крузенштерна в Тихом океане.
Особое значение придавал Макаров точности наблюдений и измерений. В главе «Цель производства гидрологических наблюдений» он наглядно показывает, с какой тщательностью и старанием в продолжение трехгодичного плавания на «Витязе» определялся удельный вес воды в различных морях, отмечалась температура, изучалась соленость.
Макаров считал, что целью его исследований был не только теоретический интерес, как полагали многие. «Чем шире поставлена научная задача, — замечает он, — чем глубже удается проникнуть в связь явлений, тем обильнее жатва практических применений, тем полнее делается владычество человека над силами природы.
Гидрологические явления находятся в самой тесной зависимости от явлений метеорологических, оказывающих огромное влияние на всю жизнь людей. Вот пример: юго-западные ветры, так называемые муссоны, обычно дуют регулярно и приносят к берегам Индии большое количество влаги, выпадающей на землю в виде дождя. В 1891 году, вопреки обыкновению, муссоны запоздали, были слабы и не принесли достаточного количества осадков. Результатом этого был неурожай и голод в Индии. Нарушение привычных атмосферных условий в каком-либо из участков земного шара, как правило, отражается и на других, значительно более отдаленных районах. В том же 1891 году в России неурожай постиг районы Поволжья. Двадцать миллионов человек остались без хлеба. Указав на эти примеры, Макаров смутно предвосхитил созданную лишь в наше время новую отрасль метеорологии — учение о «мировой погоде», основанное на том неоспоримом, хорошо понятом Макаровым факте, что погода в каком-либо районе есть только местное проявление причин, кроющихся в общей циркуляции атмосферы.
«Трудно надеяться, — заключает Макаров, — чтобы человек когда-нибудь настолько поборол природу, что мог бы изменять по своему произволу весь муссон Индийского океана, но будет уже и то большим шагом вперед, если, по совокупности наблюдаемых явлений метеорологических и гидрологических, можно будет предсказывать засухи, чтобы своевременно уменьшить порождаемое ими зло».