Романтическому мировосприятию Ефремова способствовало и увлечение морем, когда в студенческие годы, будучи учеником знаменитого палеонтолога П. П. Сушкина, он чуть было не отдал предпочтение профессии моряка. Ведь знакомство со старым парусным капитаном, автором морских рассказов Д. А. Лухмановым обещало пытливому юноше открытия «неведомых земель». И хотя в конце концов пересилила наука, Ефремов на всю жизнь полюбил беспредельные океанские просторы. Став через несколько лет палеонтологом, он никогда не забывал навыки, полученные на кавасаки — моторном боте, на котором ходил старшим матросом.
Первую самостоятельную палеонтологическую экспедицию Ефремов проводит в 1926-м — на горе Богдо в Астраханской губернии. Затем с 1929 года он принимает участие в геологических поисках. Чтобы чувствовать себя во всеоружии и в этой новой профессии, он поступает экстерном на геологический факультет Горного института. Через три года молодой палеонтолог получает диплом горного инженера. Практический опыт разведчика земных недр, сложные геологические процессы и закономерности, постигнутые Ефремовым, открыли перед ним новые горизонты. Но это не значит, конечно, что он забросил свою основную специальность. Крупные открытия, которые позднее были сделаны им в палеонтологии, явились результатом смелого вторжения в пограничную область между двумя отраслями естествознания, совмещения обеих сторон палеонтологии — биологической и геологической, которые раньше механически отделялись одна от другой.
Высшим научным достижением Ефремова был капитальный труд «Тафономия и геологическая летопись» (1950), отмеченный Государственной премией и получивший вскоре всеобщее признание.
Тафономия — производное от греческих слов: тафо — захороняю, номос — закон. В энциклопедических словарях тафономия определяется как разработанная советским ученым И. А. Ефремовым новая отрасль палеонтологии, изучающая процессы образования местонахождений остатков ископаемых животных и растений в слоях земной коры. Но можно сказать и шире: тафономия — это учение о закономерностях формировании геологической летописи.
Еще до того, как был опубликован этот труд, Ефремову блестяще удалось применить положения тафономии на практике. В 1946–1949 годах он возглавил три последовательные палеонтологические экспедиции в Монгольскую Народную Республику, где в пустыне Гоби на основе теоретических предположений Ефремова были открыты едва ли не самые богатые в мире скопления костей динозавров, а также млекопитающих кайнозойской эры, причем многие из них относятся к ранее неизвестным видам.
