Важнейшие результаты по изучению прикаспийских регионов России были достигнуты Оренбургским отрядом экспедиции Академии наук, который возглавлял академик Петр Симон Паллас. Во время путешествий 1769—1770, 1773 и 1793 гг. он побывал в районах Нижнего Поволжья и Заволжья, в дельте Волги, устьях Урала и Эмбы, в Кумо-Манычской степи. Неоднократно Паллас посетил северные берега Каспия.
Он заинтересовался проблемой колебания уровня Каспия и пришел к выводу, что положение уровня моря связано с количеством приносимой реками воды, которое в свою очередь зависит от «бываемой в разные годы погоды», в частности, от количества выпадающего снега и температуры воздуха в районах бассейнов впадающих в море рек. Им также правильно была отмечена значительная роль ветровых нагонов и стонов воды в колебаниях уровня Северного Каспия.
Паллас довольно верно принимал разность уровней Каспия и Черного моря равной 10 саженям (21,3 м), хотя целый ряд позднейших авторов получал гораздо большие числа.
Паллас уделил большое внимание хозяйственному использованию Каспия. Он ознакомился с состоянием рыболовства в низовьях рек Волги и Урала, тюленьего промысла, использованием соленых озер в прикаспийских регионах, отметил обилие в прикаспийских степях лечебных трав. В обширных отчетах о его путешествиях важное значение имеют страницы, посвященные описанию жизни и нравов населяющих Прикаспийский регион народов.
Академик Самуил Готлиб Гмелин путешествовал по Прикаспийскому региону в 1770—1772 гг. и 1773 г. Он побывал на значительных участках восточного, южного и западного побережья моря. При возвращении из экспедиции недалеко от Дербента он был захвачен одним из горских князьков в плен, где и скончался в июле 1774 г.
Результаты наблюдений С. Г. Гмелина в Каспийском регионе составили заключительную четвертую часть его пятитомного «Путешествия по России для исследования трех царств естества» (имеются в виду растения, животные и минералы). Эту заключительную часть Паллас обработал и издал на немецком языке уже после смерти Гмелина. Именно в 4-ю часть сочинения вошли составленные под руководством Гмелина карта северной части Каспийского моря и дельты Волги, карты Астрабадского и Бакинского заливов. В своем сочинении С. Г. Гмелин сообщил о результатах изучения, пожалуй, впервые в истории исследования Каспия, взятых им проб воды и донных осадков.
В этом сочинении имеется специальный раздел «О Каспийском море вообще», где правильно указано, что «приращение и убыль Каспийского моря зависит от погоды и ветров, да и впадающие в сие море реки к сим переменам равным образом весьма способствуют» [28, с 43].
Руководитель одного из Астраханских отрядов экспедиции Петербургской Академии наук академик Иоганн Антон Гильденштедт в 1768—1775 гг. посетил северо- западные и западные берега Каспия, где собрал ценные исторические, этнографические и археологические сведения. Собранные им материалы после его кончины были обработаны Палласом и изданы Академией наук на немецком языке.
На русском языке изданы отдельные выдержки из его сочинений, в том числе очерк «О гаванях, лежащих при Каспийском море», напечатанный в «Историческом и географическом месяцеслове на 1777 г». В очерке кратко изложена история изучения и картографирования моря в XVIII в., а также основные сведения о развитии торгового мореплавания на Каспии. В нем также содержатся сведения о природе Каспия, о его глубинах и характере дна, отмечена роль нагонных и сгонных ветров. И. А. Гильденштедт составил «Карту Каспийского моря из новейших Известий, собранных к 1776 г», которая была издана на русском и немецком языках.
Первые гидрографические съемки реки Дон и части северо-восточного побережья Азовского моря были проведены российскими моряками еще в 1699 г. во время Керченского похода вновь построенного на донских верфях флота царя Петра I. Во время плавания петровской эскадры по Дону заместитель генерал-адмирала боярина Федора Алексеевича Головина опытный моряк вице-адмирал Корнелий Крюйс, поступивший в 1698 г. в Голландии на русскую службу, капитан Петр Михайлов (под этим именем проходил службу на флоте царь Петр Алексеевич) и капитан Питер Памбург (капитан корабля «Крепость», построенного в Паншине — у устья р. Иловли при ее впадении в Дон) произвели первую инструментальную съемку Дона от Воронежа до впадения в Азовское море (более 1300 км). Была замерены глубины, проведена опись берегов реки и астрономически определены широты нескольких приметных мест.