Как рассказывает Л. Третьякова: «Свое личное счастье, по иронии судьбы, Нансен тоже нашел в… снегу. Возвращаясь однажды с лыжной прогулки, он увидел в огромном сугробе две беспомощно болтающиеся ноги. Фритьоф извлек незадачливого лыжника из снега. Им оказалась очаровательная девушка по имени Ева. Несмотря на молодость, она была широко известна как камерная певица и являлась дочерью знаменитого норвежского зоолога Михаэля Сарса. Они стали встречаться, а в 1889 году Ева Саре стала госпожой Нансен.

Ева была не только тем единственным человеком, которому Нансен доверял самое сокровенное и тайное, но и мудрым советчиком, предостерегавшим от ошибок, а если требовалось, то и строгим судьей. И он хорошо знал истинную цену вклада любимой им женщины в осуществление его планов, и той жертвы, которую она приносила во имя них».

В том же году Нансен стал хранителем зоологической коллекции университета Осло и написал две книги о своих приключениях: «Первый переход через Гренландию» (1890) и «Жизнь эскимосов» (1891). Зиму 1891/92 года вместе со своим другом, профессором Гульдбергом, ученый посвятил изучению собранной им ранее коллекции зародышей китов. Результатом этих исследований был совместный труд «О развитии и строении китов».

Одновременно он начал планировать новую экспедицию, в результате которой надеялся первым достичь Северного полюса и установить, есть ли там суша.

Исследовав океанские течения, он понял, что самым легким путем будет дрейф на судне, вмерзшем в лед. Для этой экспедиции по чертежам Нансена, на средства, полученные от норвежского правительства, было построено специальное судно, получившее название «Фрам» («Вперед»). Чтобы корпус судна не был раздавлен льдами, Нансен придал ему округлую форму. При сжатии судно выталкивало наверх, и он оставался невредимым.

Нансен отплыл летом 1893 года с экипажем из 12 человек. «Фрам» продвинулся к полюсу на 450 миль и был остановлен льдами. В марте Нансен и его спутник Иогансон покинули судно и двинулись дальше на собачьих упряжках на север. Однако путь оказался значительно труднее, чем предполагал Нансен. Поэтому, достигнув 86 градусов северной широты, ученый решил повернуть на юг и направиться к земле Франца-Иосифа. После трех с половиной месяцев тяжелого пути перед путешественниками показалась открытая вода. Они спустили на воду лодки и под парусами добрались до долгожданной земли. Построив небольшую хижину из камней и земли, исследователи провели в ней зиму.

Только весной путешественники смогли продолжить движение на юг земли Франца-Иосифа. В июле 1896 года они вышли к ее южной оконечности. Внезапно они услышали лай собаки, а вскоре увидели небольшой домик. Оказалось, что здесь зимовала английская полярная экспедиция.

Норвежцам был оказан самый теплый прием, а через месяц английский пароход доставил их на родину. Ровно через семь дней после возвращения Нансена в порту Осло появился и «Фрам». Оказалось, что после ухода путешественников судно продолжало дрейфовать, но уже не на север, а на северо-запад.

Хотя Нансен и не завоевал Северный полюс, значение его деятельности было велико. Исследования, проведенные на «Фраме», показали, что в Ледовитом океане имеются глубины более 3000 метров и что на глубине 800 метров проходит мощное теплое течение из Атлантики, которое определяет климат полярных районов севера Европы. Кроме того, были собраны ценные материалы о животных и растениях Северного Ледовитого океана.

Историю экспедиции Нансен описал в двухтомном труде, который в английском переводе вышел под названием «Крайний Север» (1897).

В 1902 году Нансен создал Центральную океанографическую лабораторию в Христиании.

Завоевав международную известность, в 1905 году Нансен участвовал в переговорах об отделении Норвегии от Швеции. Ученый на переговорах в Лондоне сказал свое веское слово. Он же стал и первым послом независимой Норвегии в Великобритании (1906—1908).

В 1908 году Нансен занял в университете Осло только что созданную кафедру океанографии. Занимая эту должность, Нансен помог учредить Международный совет исследования моря, руководил его лабораториями в Осло и участвовал в нескольких арктических экспедициях. В то же время он работал над книгой «Среди северных туманов» (1910—1911).

В 1913 году Нансен совершил плавание вдоль берегов Северного Ледовитого океана к устью реки Енисей, затем путешествовал по Восточной Сибири и Дальнему Востоку.

С началом Первой мировой войны Нансен вновь поступил на государственную службу. В 1917 году его направили в США для переговоров о поставках в Норвегию предметов первой необходимости. Норвегия решительно высказалась в пользу Лиги Наций, и Нансен, возглавлявший Норвежское общество поддержки Лиги, стал в 1920 году в ней первым представителем Норвегии.