В результате этих поездок был отрицательно решен вопрос о вулканическом происхождении Тянь-шаня, до того считавшегося несомненным. Была впервые определена высота снеговой линии Тянь-шаня и впервые же описаны его ледники. В последовавшей затем полемике с Гумбольдтом П. П. дал выдающийся образец применения сравнительного метода в географии.

Значительными были и другие научные результаты. Так, два поперечных геологических разреза положили основу для дальнейшего геологического изучения «Небесных гор». Наряду с топографическим исследованием посещаемых районов П. П. придавал особое значение изучению общих черт орографического и геологического строения страны, зональному распределению растительности, чем значительно опередил географическую науку своего времени. «Несомненно, — писал Ю. М. Шокальский, — что именно географический талант Петра Петровича подсказал ему то, что тогда было неясно еще многим, даже и выдающимся деятелям в области географии».

Почти полвека П. П. возглавлял Русское географическое общество в тот период, когда были осуществлены экспедиции Пржевальского, Потанина, Певцова, братьев Грум-Гржимайло, Кропоткина, Мушкетова, Обручева и ряда других русских исследователей, имена которых вписаны золотыми буквами в летопись отечественной и мировой науки. Большинства экспедиций состоялись лишь благодаря неизменной поддержке П. П. Семенова.

К пятидесятилетию знаменитого путешествия к фамилии ученого — Семенов была по заслугам добавлена приставка — Тян-Шанский.