В плавании Макаров был свободен от хлопот и волнений петербургской жизни, он отдыхал душой на корабле и неустанно изучал родную стихию — море. Научные наблюдения отнимали у Макарова не мало времени, но совсем не мешали, как это предполагали в министерстве, военной 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.
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, Шахновский, Пузанов и Небольскин. Особенно же много потрудился младший штурман подпоручик Игумнов».
Результат этой коллективной работы экипажа «Витязя», организованной и направляемой командиром корабля, нашел полное отражение в большом научном 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 гг., и свод наблюдений над температурой и удельным весом воды Северного Тихого океана».
Первую часть своего произведения Макаров посвящает систематизированному рассказу об инструментах и способах обработки наблюдений, дает подробный обзор гидрологического журнала «Витязя», обобщая 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.
В своих собственных работах на корабле Макаров особое значение придавал точности наблюдений и измерений.
В главе «Цель производства гидрологических наблюдений» — Макаров наглядно показывает, с какой тщательностью и старанием в продолжение трехгодичного плавания на «Витязе» определялся удельный вес воды в различных морях, отмечалась температура, изучалась соленость.
Цель всех этих исследований далеко не оторвана от жизни, как полагают многие, — говорит Макаров. Ученые преследуют не только теоретические интересы, но стремятся и к более насущным задачам человеческой жизни, к улучшению материального благосостояния всего человечества. «Чем шире поставлена научная задача, — замечает Макаров, — 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 с явлениями метеорологическими, оказывающими огромное влияние на всю жизнь человеческую. Вот пример: юго-западные ветры, так называемые муссоны, обычно дуют регулярно и приносят к берегам Индии большое количество влаги, осаждающейся на землю в виде дождя. В 1891 году, вопреки обыкновению, муссоны запоздали, были слабы и не принесли достаточного количества осадков. В результате — неурожай и голод в Индии. Мало того, нарушение привычных атмосферных условий в каком-либо из участков земного шара, как правило, отражается и на других, значительно отдаленных районах.
Так, в том же году в России неурожай постиг районы Поволжья. 20 миллионов человек остались без хлеба. Указывая на эти примеры, Макаров смутно предвосхищает создавшуюся лишь в наши дни новую отрасль метеорологии — учение о «мировой погоде», основанное на том неоспоримом, понятом Макаровым факте, что «погода в каком-либо районе несомненно есть только местное выявление 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». При всей своей дальновидности, Макаров не мог предвидеть, что то, в чем он сомневался, осуществится на его Родине, освобожденной Октябрьской социалистической революцией, в гигантских размерах, что человек не только «поборет природу», но научится создавать ее.