Научные результаты палласовской экспедиции превзошли все ожидания. Был собран уникальный материал по зоологии, ботанике, палеонтологии, геологии, физической географии, экономике, истории, этнографии, культуре и быту народов России. Коллекции, собранные во время этого путешествия, направлялись в Петербург, легли в основу коллекций академической Кунсткамеры, многие из них до сих пор хранятся в музеях Российской академии наук, а часть их попала в Берлинский университет. Собранные во время путешествий географические, геологические, ботанические, зоологические, этнографические и другие материалы впоследствии были обработаны Палласом.

В ходе экспедиции Паллас открыл и описал много новых видов млекопитающих, птиц, рыб, насекомых и других животных, в том числе ланцетника, которого принял за моллюска. Он также исследовал ископаемые остатки буйвола, мамонта и шерстистого носорога.

Путешествие имело и громадное практическое значение. Оно дало сведения об уникальных природных богатствах Восточной Сибири и Алтая, которые до этого почти не были известны. Паллас рассказывал также о нуждах проживавших там народов. Для современной науки непреходящую ценность имеет тот факт, что Паллас описывал области России, её поля, степи, леса, реки, озёра и горы, когда они практически ещё не испытали «преобразующего» воздействия человека и были обильно населены видами животных, многие из которых исчезли уже через несколько десятилетий (например, дикая лошадь тарпан).

Результаты научного подвига Палласа и его помощников были обобщены им в многочисленных произведениях, опубликованных на латинском, немецком и русском языках в Петербурге и позднее переведённых на английский — в Эдинбурге и в Лондоне и на французский — в Париже:

· «Reise durch verschiedene Provinzen des Rußischen Reichs in den Jahren 1768—1773»(нем.), или «Путешествие по разным провинциям Российского государства», вышедших вначале в трёх томах на немецком (СПб., 1771—1776), затем на русском (1773—1778) и английском (1802) языках, в которых среди многочисленных сведений о России дано удивительно точное описание более 250 видов животных, обитавших на её территории;

· «Sammlungen historischer Nachrichten über die Mongolischen Völkerschaften»(нем.) («Собрания исторических сведений о монгольских народностях», СПб., 1776—1801);

· «Neue nordische Beiträge zur physikalischen und geographischen Erd- und Völkerbeschreibung, Naturgeschichte und Ökonomie»(нем.) («Новые северные доклады по физическому и географическому описанию земли и народностей», СПб. и Лейпциг, 1781—1796, в 7 томах) и др.

Эти труды были высоко оценены современниками Палласа и стали источником ценнейшей и детальнейшей информации о ресурсах Российской империи того времени для просвещённых людей России и других стран.