После возвращения из экспедиции на «Фраме» Нансен был назначен профессором зоологии в университете в Христиании. Однако в это время он уже отходит от зоологии и полностью отдается другой научной дисциплине — физической океанографии. Одновременно с обработкой материалов экспедиции и чтением лекций о ней Нансен занимается разработкой новых методов океанографических исследований и налаживанием международного сотрудничества между учеными-океанографами. По предложению Нансена и при самом его деятельном участии в 1899 г. был учрежден в Копенгагене Международный совет по изучению морей, объединивший 14 стран, а в 1902 г. в Христиании была основана Центральная океанографическая лаборатория, которую возглавил сам Нансен. Своей работой над усовершенствованием приборов и методики исследований Нансен оказал большое влияние на последующее развитие океанографии.
Подъем общественно-политической жизни в Норвегии в 1905 г. ознаменовался разрывом шведско-норвежской унии. Нансен, стоявший до того в стороне от политической жизни, был одним из активнейших участников этого процесса. По прямому поручению правительства Нансен зондировал обстановку в Германии и Англии, а лучше Нансена, которому были открыты все двери, никто этого сделать не мог бы. В момент разрыва унии Нансен являлся рупором норвежского правительства на международной арене. В статьях, написанных для различных европейских газет, он разъяснял политику Норвегии. Международная известность и высокий авторитет способствовали широкой популярности и сильному резонансу выступлений Нансена в печати. Влияние Нансена было столь велико, что шведский посланник в Лондоне вынужден был отметить, что «имя Нансена в Англии сильнее, чем вся Швеция».
Биографы Нансена считают его убежденным республиканцем. Лив Хейер трактует этот вопрос иначе. Действительно, если такой убежденный республиканец, как композитор Э. Григ, решительно отказался от предложения написать коронационную кантату для норвежского короля, то Нансен не только принял участие в заключительных и решающих переговорах о приглашении на норвежский престол датского принца Карла, но и в разгоревшейся в стране дискуссии о форме правления активно выступал за монархию, считая ее той формой власти, при которой Норвегия получит наибольшие возможности для урегулирования своих взаимоотношений с европейскими державами.
Отделившись от Швеции, Норвегия получила собственное дипломатическое представительство за рубежом. В числе первых дипломатов самостоятельной Норвегии был и Нансен. Он стал первым норвежским посланником в Англии, в стране, укрепление отношений с которой правящие круги Норвегии считали первостепенной задачей. Нансен был норвежским представителем в Лондоне в течение двух лет — с весны 1906 г. по весну 1908 г. Деятельность Нансена в Лондоне не только способствовала укреплению международного положения Норвегии, но и позволила ему приобрести богатый опыт дипломатической работы, который в дальнейшем очень ему пригодился. Вместе с тем Нансен не оставлял и научной работы. Именно в Лондоне начал он капитальный труд по истории исследования Севера с самых ранних времен до 1500 г. Эта книга, названная Нансеном «В туманах Севера», была издана в 1911 г.
Во время пребывания Нансена в Лондоне его постигло большое личное горе — умерла жена. Эта смерть ввергла его в длительную депрессию. Как пишет Лив Хейер, именно это тяжелое горе сделало Нансена особенно чувствительным к человеческим страданиям, еще усилив свойственную ему и прежде готовность подать руку помощи человеку, попавшему в беду.
Дипломатическая работа очень тяготила Нансена, и, как только это стало возможно, он вернулся в Норвегию, где занял должность профессора океанографии в Христианийском университете. Хотя эта профессура была учреждена как почетная должность специально для Нансена и не обязывала его вести преподавательскую работу, Нансен тем не менее с увлечением читает лекции студентам. Одновременно он вновь окунается в научную работу. Он совершает экспедиции на собственной небольшой шхуне «Веслемей» и ведет океанографические наблюдения в Норвежском море и у берегов Шпицбергена. В это время укрепляется его сотрудничество с океанографом Б. Хелланд-Хансеном
