Тяга к путешествиям и исследованиям была присуща всем Демидовым, начиная с основателя династии Никиты Демидовича. Иначе вряд ли бы он поехал на Урал, чтобы взяться за его освоение. Склонность к исследованиям окружающего мира была присуща и его сыну Акинфию: всем известны его уникальные коллекции магнитов, уральских руд и самоцветов, большинство из которых он нашёл сам. Сыновья Акинфия — Прокофий, Григорий и Никита — были увлечёнными селекционерами, а Прокофий и Григорий даже написали ряд научных статей по теме селекции как традиционных для России, так и экзотических растений. Однако все эти исследования Демидовы вели больше в личных целях. Первым же из знаменитых заводчиков, кто выполнил изыскания всероссийского масштаба, был Анатолий Демидов. В 1837 году он осуществил исследовательскую экспедицию с целью изучения Крыма и Донецкого бассейна «в интересах развития горного дела Российской империи». Анатолий Николаевич за свой счёт собрал группу из 22 иностранных и российских специалистов — геологов, биологов, географов и этнографов, обеспечил экспедицию инструментами и продовольствием и сам принимал в ней участие с первого до последнего дня. В состав экспедиции также были включены французский художник и чертёжник Дени-Огюст Раффе, который выполнил более ста рисунков с натуры, и российский этнограф, бывший учитель Александра Сергеевича Пушкина Шарль де Монфор. Материалы и итоги экспедиции были изданы в Париже в виде четырёхтомника «Путешествие в Южную Россию, Крым через Венгрию, Валахию, Молдавию, совершённое в 1837 г. под руководством Анатолия Демидова». В Англии книга вышла в виде двухтомника. Оба издания были богато иллюстрированы, содержали массу справочных материалов и карт. Французский тираж обошёлся Анатолию Демидову в 500 тысяч франков. Книги были отмечены лично императором Николаем I.
Другим заметным исследователем просторов России был Елим Павлович Демидов — последний владелец заводов Нижнетагильского округа. В период с 1887 по 1901 год он совершил несколько путешествий на Кавказ, Камчатку, Алтай и Дальний Восток. В этих поездках заводчик описывал флору и фауну исследуемых мест, делал зарисовки, снимал планы местности, которые позднее были учтены при составлении карт Камчатского края и Алтая. Итоги своих экспедиций Елим Павлович публиковал в российских исторических и географических журналах, а также издал в виде книг в британском издательстве Rowland Ward l.t.d. Книги продавались в магазинах Европы и России, а также распространялись по подписке среди университетов Германии, Франции, Бельгии, Великобритании.
Сводный брат Елима Павловича — Павел Павлович III — организовал экспедицию в Африку, где не только описывал животный и растительный мир исследуемых районов, но и собирал образцы руд различных металлов на территории современных Камеруна, Конго, Нигерии и Сенегала, характеризуя их месторождения. Опубликовать материалы своей экспедиции Павел не успел: он скоропостижно скончался в апреле 1909 года от последствий лихорадки, которой переболел во время путешествия.
