Летом 1857 г. Семенов изучал вечные снега хребтов Алатау и Тянь-Шаня, и на основе своих наблюдений он сделал вывод, что вечные снега присутствовали на высоте около 3370 м над уровнем моря вдоль 41—42-й параллели с. ш. Наблюдения на Кавказе давали среднюю высоту снеговой линии в 1080 м, в то время как в Пиренеях она лежала на высоте 2550 м. П. П. Семенов на основании этого сравнения выдвинул предположение, что такие различия в высоте снеговой линии могут быть объяснены как различием в количестве атмосферной влаги на одной и той же географической широте в Гималаях и Центральной Азии, так и фактором значительной удаленности от океанического влияния.
Благодаря изучению Семеновым тянь-шаньских ледников, морфологии и направления рек, текущих с высокогорных хребтов в долины, а также отложений на берегах Иссык-Куля, была осознана концепция более продолжительного периода климатических изменений. Неотъемлемым элементом такого понимания стало признание былых изменений уровней центральноазиатских озер, особенно Арала и Каспийского моря, со всеми последствиями, которые эти изменения имели для речных систем всего региона. Александр фон Гумбольдт и другие ученые считали, что река Чу имеет своим истоком Иссык-Куль, но Семенов доказал, что, какова бы ни была ситуация в далеком прошлом, в настоящее время озеро является бессточным и что река Чу на небольшом расстоянии от современной береговой линии озера поворачивает от нее в противоположном направлении.
На основании длительных наблюдений высотной зональности флоры и адаптации к ней местных и привнесенных видов Семенов выдвинул предположение о существовании пяти экологических зон, каждая из которых имела различный потенциал культурно-хозяйственного освоения для будущих российских колонистов. Его классификация района на степь, залесенные предгорные долины, промежуточные залесенные склоны, альпийские луга и высокогорья была не только описательным районированием, выполненным лишь для научных целей, – каждой зоне Семенов придавал то, что, по его мнению, предопределяло ее долговременное экономическое значение как для местного населения, так и для поселенцев. Он представлял себе последующее присоединение к России этих районов как гармоничный процесс, в котором обе культуры (местная и российская) будут процветать и взаимно обогащать друг друга.
П.П.Семенов впервые опубликовал общие результаты своей экспедиции в «Вестнике Императорского русского географического общества» в 1856–1858 гг. Путешествие Семенова получило признание зарубежного научного сообщества: переводы его статей были помещены в «Petermann's geogr. Mitt» (1858) и в «The Journal of the Royal Geographical Society» (1861, 1869). Помимо этих публикаций он включил свои новые данные в перевод второго тома труда Карла Риттера «Die Erdkunde von Asien». Bd 2: «Der Nord-Oster und der Süden von Hoch-Asien» (Bln, Reimer, 1833).
