Jefferson y Occidente. Hacia 1800, los europeos y los estadounidenses comprendían la geografía básica de los continentes del mundo, con la excepción de los dos tercios occidentales de América del Norte, así como el interior de África, el Ártico y la Antártida. Francia, Inglaterra, Rusia, España y Estados Unidos observaron la región más allá del río Mississippi en América del Norte por su potencial comercial, pero nunca la habían explorado lo suficiente. Incluso las comunidades indias solo conocían el terreno de subregiones específicas que cazaban o cultivaban con regularidad. A ellos también les faltaba una perspectiva continental. Thomas Jefferson, obsesionado con la cartografía y la historia natural, comprendió la necesidad de explorar y cartografiar la vasta región al oeste del Mississippi. Durante la década de 1790 intentó en vano obtener fondos para un viaje científico al Océano Pacífico. En el momento de su inauguración en 1801, Jefferson, uno de los hombres más eruditos de la primera república, creía que las Montañas Blue Grass de Virginia eran los picos más altos de América del Norte; el mamut lanudo y otras criaturas prehistóricas podrían vivir todavía en las Dakotas; las Grandes Llanuras tenían volcanes y una montaña de sal pura; los ríos Rio Grande, Missouri y Columbia nacieron todos de una sola fuente; y una ruta de agua navegable conectaba los océanos Atlántico y Pacífico. Si bien Jefferson resultó estar equivocado en todos estos puntos, su ignorancia revela el estado primitivo del conocimiento científico sobre el territorio que se convirtió en Occidente. Sin embargo, su intensa curiosidad proporcionó un incentivo para el desembolso inicial de fondos gubernamentales que puso en marcha medio siglo de exploraciones continentales y avances geográficos.
Lewis y Clark. La expedición del Cuerpo de Descubrimiento de 1804 a 1806 representó la importancia de la ciencia de la Ilustración en la futura construcción de la nación. Jefferson acusó a Meriwether Lewis de tomar medidas; obtención de muestras geológicas; describir la flora, la fauna y las personas que encontraría; y estudiar el suelo por su potencial agrícola. Como preparación, Lewis pasó varias semanas en Filadelfia consultando con miembros de la American Philosophical Society, una de las asociaciones de eruditos más distinguidas del mundo en ese momento. De sus miembros aprendió botánica, astronomía y otras disciplinas necesarias. Durante su viaje, Lewis envió a Jefferson cajas de especímenes naturales y describió otros en sus diarios. Sus escritos describen animales previamente desconocidos para los blancos, como liebres, coyotes, serpientes de cascabel y osos pardos. Durante los inviernos de 1804–1805 y 1805–1806, escribió sobre aproximadamente cien criaturas occidentales (mamíferos, aves, reptiles y peces), más de dos docenas de las cuales nunca antes habían sido vistas por personas de ascendencia europea. Lewis se consideraba mejor zoólogo que
botánico, pero también describió docenas de plantas desconocidas. Los historiadores han criticado durante mucho tiempo a Jefferson por no enviar especialistas científicos a la expedición, pero muchos ahora están de acuerdo en que su elección de comandante cumplió el propósito científico de la expedición. Para su época, Lewis se convirtió en un naturalista notable, y su recopilación de muestras y descripciones escritas (publicadas varios años después de su regreso a Oriente) hicieron una contribución invaluable a la comprensión del continente norteamericano en el siglo XIX.
Pike y Long. La misión de Lewis y Clark resultó ser solo la primera expedición para hacer una crónica de la naturaleza en Occidente. En 1806–1807, Zebulon Pike dirigió una expedición al oeste del Mississippi que se extendió hasta el norte de Nueva España. Quizás las observaciones más notables de Pike incluyeron su informe ampliamente difundido sobre el Río Grande, su descripción de las Grandes Llanuras como un desierto y su descubrimiento del pico de la montaña que ahora lleva su nombre en Colorado. En 1819-1820, la expedición de Stephen Long condujo a soldados y científicos hacia el oeste a través de las llanuras centrales hasta las Montañas Rocosas, explorando también vastas porciones de los valles de los ríos Mississippi y Missouri. Los naturalistas de este viaje recopilaron e informaron nueva información sobre plantas, animales, suelo, clima y geología. A mediados de la década de 1820, el viaje de Long había dado lugar a una serie de libros, mapas y artículos científicos que ayudaron a las investigaciones posteriores de hombres como John C. Frémont y John Wesley Powell. Long afirmó la evaluación de Pike de las llanuras como una región inadecuada para la agricultura y el ganado domesticado a pesar de que sus pastos sustentaban a miles de búfalos. En el proceso, Pike y Long ayudaron a establecer el estereotipo de las Grandes Llanuras como un "Gran Desierto Americano". Si bien los agricultores y ganaderos contemporáneos de las Llanuras nunca los perdonaron por esta descripción, algunos agrónomos y ambientalistas han afirmado las afirmaciones de Pike y Long sobre la región y su capacidad para sostener la agricultura y la ganadería a largo plazo.
Frémont. El teniente John C. Fremont, conocido como "el Pathfinder", dirigió una expedición desde Independence, Missouri, en 1843 que siguió el río Kansas hacia el oeste, cruzó las Montañas Rocosas y recorrió la llanura Laramie a través de South Pass. La descripción de Fremont del Valle del Lago Salado inspiró a Brigham Young y sus seguidores mormones a establecerse allí una década más tarde. El grupo de Fremont finalmente llegó al río Columbia al norte de lo que él llamó la Gran Cuenca. Desde allí, Fremont siguió la cadena de Sierra Nevada hacia el sur hasta California. La expedición soportó una brutal temporada de invierno antes de llegar finalmente al rancho de Sutter, un sitio que en 1849 se vería abrumado por posibles buscadores de oro. Como la mayoría de los exploradores militares, el potencial de aumentar el territorio estadounidense motivó muchas de las exploraciones de Fremont. Sin embargo, sus hallazgos resultaron importantes para la investigación geográfica posterior. Con la ayuda de Charles Preuss, un cartógrafo prusiano, Fremont produjo el primer mapa preciso del Trans-Mississippi West en general, así como un mapa especial para emigrantes de los senderos de Oregon y California con información precisa sobre distancias, puntos de referencia y cruces de ríos.
Otras exploraciones. Durante la Guerra Mexicana de 1846-1848 y las crecientes hostilidades entre el gobierno federal y los indios de las llanuras, el ejército de los Estados Unidos trazó mapas de grandes porciones del oeste con fines de reconocimiento. Los exploradores produjeron mapas que identificaron la ubicación de los pozos de agua y pasos de montaña, lo que les permitió deducir los movimientos del enemigo. Tras el Tratado de Guadalupe Hidalgo, que estableció la frontera oficial entre los Estados Unidos y México, el Cuerpo Topográfico de los Estados Unidos examinó la longitud del Río Grande, produciendo estudios que resultaron valiosos en el desarrollo posterior del ferrocarril. En puestos militares individuales, los cirujanos del ejército escribieron informes descriptivos del terreno, la flora y la fauna locales, así como informes detallados de los niveles de salud y saneamiento de las tropas y las comunidades civiles vecinas. Los empleados del gobierno, ingenieros, soldados y topógrafos, también buscaron agua, cartografiaron ríos y puertos, construyeron presas y supervisaron la construcción de carreteras. Estos primeros esfuerzos representaron una alianza entre la ciencia y el gobierno que continúa hasta el día de hoy.