Научная программа станции включала регулярное проведение наблюдений и сбор данных по метеорологии, гидрологии и гидрохимии, измерение глубин океана, взятие проб грунта и гидробиологических проб, проведение магнитных и гравитационных измерений, астрономические определения координат льдины, измерение атмосферного электричества.
В течение девяти месяцев в Арктике работала самая северная в мире метеорологическая станция, которая регулярно, четыре раза в сутки, передавала по радио в Москву метеосводки; эти сводки использовались при составлении карт и прогнозов погоды. А как же относительно самой погоды в приполюсном районе? До работы станции СП-1 среди ученых не было единого мнения, но большинство придерживалось концепции наличия над районом Северного полюса «шапки холодного воздуха» с постоянной областью высокого давления. Наблюдения станции СП-1 показали, что в этом районе существует довольно активная циклоническая деятельность, а среднемесячные температуры воздуха оказались относительно высокими.
Станция СП-1 опровергла прежнее представление о крайней бедности жизни в высоких широтах Арктики. Папанин и его товарищи наблюдали птиц даже в районе Северного полюса, а затем еще не один раз в последующие дни дрейфа их льдину навещали птицы; белые медведи посетили папапинцев на 88 градусе северной широты, а через день полярники заметили в полынье лахтака. Планктонные сетки Ширшова приносили из глубин полярного океана даже в районе полюса обильные сборы, а в летние месяцы океанские воды были заполнены фитопланктоном и кишели моллюсками, личинками, рачками, медузами. Разные виды зоопланктона доставлялись сетью даже с глубин в три тысячи метров. Участники станции СП-1 сделали важный вывод, что слой льда, покрывающий поверхность океана, не является препятствием для проникновения света в воду, как считали в то время некоторые ученые, и, следовательно, через лед проникает достаточно света, необходимого для развития планктона.
Особенно большой интерес представляют выполненные во время дрейфа СП-1 океанографические наблюдения: сбор данных по гидрологической характеристике и химическому составу водных масс на разных горизонтах, по поверхностным и глубинным течениям, дрейфу льдов, рельефу дна и составу донных отложений. Обработка взятых Ширшовым гидрологических станций внесла много нового в познание о структуре и динамике вод Арктического бассейна.
До начала работ станции СП-1 было известно, что Ф. Нансеном во время дрейфа «Фрама» было обнаружено проникновение в высокие широты Северного Ледовитого океана из Атлантического океана вод с положительными температурами. Но как далеко на север проникают атлантические воды, никто не знал. Папанинцы не только подтвердили выводы Нансена, но и доказали, что относительно теплые атлантические воды доходят до полюсного района и составляют там довольно мощную прослойку — около пятисот метров (между глубинами 250–750 метров), а по мере продвижения льдины на юг мощность этого глубинного потока увеличивалась. Участники дрейфа на СП-1 также установили закономерность, что по мере приближения к полюсу температура этой прослойки атлантических вод постепенно уменьшалась.