Su interés en geología fue despertado por Charles Lyell, en especial ‘’Principles of Geology‘’ y, a los 21, Nathorst lo visitó en Inglaterra en 1872.
En 18701, visitó Spitsbergen, participando entre 1882 a 1883 en la 2ª Expedición Dickson ("Den andra Dicksonska Expeditionen till Grönland"[4]) liderado por Adolf Erik Nordenskiöld, en la expedición con el Antarctic a la isla del Oso y a Svalbard incluyendo las aisladas islas del Rey Carlos en 1898.
Las dos expediciones se describen en dos volúmenes "Två somrar i Norra Ishavet" (en sueco).
En 1871, comenzó con macrofósiles depositados en arcillas glaciares hallados en Scania, e investigó desarrollos posglaciares en flora y en vegetación.
Disputas con antítesis similares, se han repetido en otras áreas por otros combatientes.