При невозможности плавания из-за штормовой погоды И. Д. Черский вместе с одним из гребцов совершал пешие экскурсии в глубь прибрежных гор иногда за 10–15 километров от берега и изучал их геологическое строение. В ходе исследований он собирал образцы горных пород, определял их геологический возраст, зарисовывал вид обнажений горных пород и формы рельефа, проводил промеры глубин у побережья, определял высоту прибрежных гор, собирал гербарий прибайкальской флоры.
Им были обнаружены на разной высоте (максимально до 330 метров) над современным уровнем озера остатки старых озерных отложений, свидетельствовавшие об изменении уровня воды в Байкале. В дальнейшем ученые объясняли эти находки «медленным поднятием горной рамы озера» в ходе разломов и сдвигов земной коры.
Зимние месяцы Черский проводил в Иркутске, где обрабатывал собранные коллекции и составлял подробный отчет о летних работах, в котором описывал строение береговой полосы и прибрежных гор, наличие полезных ископаемых.
Летом 1878 года Черскому помогала жена Мавра Павловна, которая плавала с ним по Байкалу. Они исследовали Приморский хребет, Баргузинский залив и устья нескольких рек, в том числе Большой, Банной, Верхней Ангары. На следующий год Черский работал на самом крупном байкальском острове — Ольхой (вообще на Байкале около 30 островов) и в устье реки Онгурена. В 1877–1880 годах он сделал 14 наскальных насечек на береговых отвесных скалах по всему периметру озера — для контроля за вековыми изменениями уровня воды в Байкале; в 1880 году провел исследования на реке Селенге, впадающей с востока в среднюю часть озера.
Огромный пожар в Иркутске в 1879 году уничтожил музей и библиотеку Сибирского отдела РГО. Сгорели и все собранные Черским коллекции. Поэтому он смог составить полный отчет об исследовании береговой полосы Байкала только по наблюдениям и сборам последних двух лет, когда работал в основном по восточному берегу озера. Этот отчет был опубликован Сибирским отделом в 1886 году. А сведения по западному берегу ученый опубликовал позже.
По результатам всех своих исследований на Байкале Черский в 1886 году составил первую подробную геологическую карту береговой полосы озера с объяснительной запиской. За работы по изучению Байкала РГО наградило Черского золотой медалью. Его геологическая карта демонстрировалась на Международном географическом конгрессе в Венеции и была высоко оценена географами и геологами во всем мире.
Иван Дементьевич выдвинул гипотезу о происхождении впадины озера и образовании окружающих гор. По словам академика В. А. Обручева, «И. Д. Черский правильно представлял себе, что образование впадины Байкала не имело катастрофического характера, а представляло длительный процесс с нижнепалеозойского времени и продолжается еще теперь». Академик В. А. Обручев считал, что впадина появилась в результате прогиба земной коры и провала по разломам. Позже этот вопрос рассматривался рядом ученых, и до настоящего времени его нельзя считать полностью решенным.
Первое подробное гидрографическое описание озера Байкал было выполнено специальной гидрографической экспедицией под руководством подполковника флота Федора Кирилловича Дриженко (впоследствии генерал-майор флота) в 1896–1902 годах.
Особый интерес к составлению подробных и точных карт Байкала объяснялся потребностями, возникшими при строительстве Транссибирской железнодорожной магистрали и организации на Байкале железнодорожной паромной переправы.
Дриженко был опытным военным моряком-гидрографом. В 1877 году он с отличием окончил Морской корпус в Петербурге (по окончании получил Нахимовскую премию), а в 1884–1886 годах учился на гидрографическом отделении Николаевской Морской академии (и тоже успешно его закончил). В 1888 году молодой офицер защитил диссертацию по конструированию и использованию морских угломерных инструментов; в 1887–1889 годах прослушал курс практической астрономии и геодезии в Главной астрономической обсерватории в Пулкове; в 1889 году за выполненные гидрографические работы получил золотую медаль на Всемирной выставке в Париже.
К моменту назначения начальником Байкальской экспедиции Ф. К. Дриженко накопил значительный опыт в проведении гидрографических исследований: занимался гидрографическими работами на Балтике, участвовал в промерных работах вблизи острова Корсика, в 1891–1894 годах возглавлял гидрографическую экспедицию, работавшую на Онежском озере.
В основной состав Байкальской экспедиции были включены 11 моряков-гидрографов. В их распоряжении имелся небольшой колесный пароход «Иннокентий». Позже им выделили еще один пароход — «Лейтенант Малыгин», названный именем известного моряка-гидрографа XVIII века. Начальник экспедиции лично участвовал в промерах, проводил астрономические и магнитные наблюдения, фотографировал, руководил строительством маяков (к 1901 году было установлено уже 10 маяков).
Результаты работы экспедиции были значительными: составлен «Атлас озера Байкал» на 12 листах; написана и издана прекрасно иллюстрированная «Лоция и физико-географический очерк озера Байкал» на 440 страницах; составлена и издана генеральная карта озера и три более подробные навигационные карты. Экспедиция провела точную топографическую съемку всех 2 640 километров береговой линии, а шлюпочных промеров было сделано на протяжении более 5 500 километров. С борта пароходов было сделано 2 400 измерений глубин при помощи лота Томсона; через каждые 1,5–2 километра пути извлекались образцы грунта и измерялась температура воды. Экспедиция впервые определила наибольшую глубину озера — 1 664 метра (современные промеры дали глубину 1 637 метров).
В путевых дневниках экспедиции не только отмечены обнаруженные месторождения слюды, каменного угля, глауберовой соли, горного воска (озокерита) и железной руды, но и высказана гипотеза о наличии в Прибайкалье нефти. Были обследованы рыбные промыслы, описаны лесные богатства, покосные угодья, уточнены возможности развития на байкальских берегах хлебопашества. В этом выразился комплексный подход Ф. К. Дриженко к исследованиям в прибайкальском регионе. Он считал всесторонние исследования первым и важнейшим шагом в «большом истинно патриотическом деле» освоения богатств этого края.
После завершения работ на Байкале Ф. К. Дриженко еще много лет плодотворно занимался исследованиями северных морей и Каспия. Имя замечательного моряка-гидрографа носят мысы на Новой Земле и Сахалине. По Байкалу прежде плавало судно с его именем на борту.
Дальнейшее всестороннее изучение Байкала в немалой степени было затруднено из-за отсутствия научно-исследовательского судна специальной постройки. Оно появилось на Байкале только в 1916 году. Его создание связано с деятельностью молодого зоолога Виталия Чеславовича Дорогостайского, организатора первой на Байкале стационарной озероведческой станции. Он разработал проект небольшого и мелкосидящего (но с хорошими ходовыми качествами) катера, снабженного приспособлениями для проведения гидрологических наблюдений и взятия проб дночерпателем и драгой. На средства, собранные гражданами Иркутска, такой катер был построен; он получил название «Чайка».
Катер имел длину 9,5 метра, а осадку всего 1 метр. На нем установили двигатель мощностью 12 лошадиных сил (8,8 кВт), который обеспечивал скорость до 10–12 километров в час; поставили и вспомогательное парусное вооружение. Катер отлично ходил и под мотором, и под парусом. Уже летом 1916 года на «Чайке» работала Байкальская экспедиция Академии наук, возглавляемая В. Ч. Дорогостайским, а в следующем году на ней плавали и сотрудники экспедиции Московского университета.
В 1920 году катер передали Гидробиологической станции Академии наук, которая была организована в пади Большие Коты на западном берегу Байкала; в 1925 году Дорогостайский, теперь уже профессор Иркутского университета, отдал его профессору Глебу Юрьевичу Верещагину, возглавившему новую экспедицию Академии наук на Байкале. С тех пор «Чайка» несла свою научную службу в этой экспедиции, которая с конца 1928 года была реорганизована в Постоянную лимнологическую станцию Академии наук СССР на Байкале. В середине 1930-х годов первую «Чайку» сменила вторая, точная копия первой.
Новое научно-исследовательское судно для изучения Байкала (водоизмещением 530 тонн, с шестью научными лабораториями) было создано в 1964 году. Его назвали в честь профессора Верещагина. Видный отечественный гидробиолог и озеровед доктор географических наук Г. Ю. Верещагин долгое время (начиная с 1925 года) руководил Байкальской экспедицией Академии наук. Его работы были связаны с изучением планктона и пресноводных ракообразных Байкала, он изучал ледовый режим озера, динамику и морфологию берегов. Научные труды Г. Ю. Верещагина заложили основы новой науки — байкаловедения.
