Per tal de demostrar l’origen americà de la cultura polinèsia, el 1947 travessà el Pacífic en un rai. Descriví les seves impressions a Kont-Tiki’ Exspedisjonen (‘L’expedició del Kon-Tiki’, 1948), i American Indians in the Pacific (1952). Una altra obra important ha estat Aku-Aku: Paskeøoyas hemmelighet (‘Aku-Aku: el secret de l’illa de Pasqua’, 1957), en la qual interpreta les grans estàtues de l’illa a partir d’una teoria pròpia. En 1969-70 realitzà dues expedicions més: Ra I i Ra II, amb les quals pretenia confirmar que la cultura mediterrània havia influït en les cultures precolombines, experiències reflectides a The Ra Expeditions (1971), Zwischen den Kontinenten (‘Entre els continents’, 1975) i The Tigris Expedition (1979).