Mientras vive en Holanda, Gmelin desarrolla un interés peculiar en las algas marinas.

Gmelin fue autor de Historia Fucorum (1768), la primera obra dedicada a la biología marina, desarrollando exclusivamente a las algas y haciendo uso por primera vez del sistema binomial de nomenclatura.

Incluye elaboradas ilustraciones de macroalgas y demás algas marinas en folios.

Sin embargo, los especímenes de algas usados por Gmelin en Historia fucorum no existen más (Dixon & Irvine, 1970).

Los resultados de sus expediciones se publican en Reise durch Russland zur untersuchung der drey natur-reiche (Viajes por Rusia para el estudio de las tres provincias naturales) (1770-1784, 4 vols.