В 1768 г. Петербургская Академия наук организовала 5 географических экспедиций, официально названных «физическими» и работавших по общей программе. Они изучали различные районы, главным образом Европейской России (с Уралом), и по основным базам именовались: три экспедиции – оренбургскими, две – астраханскими.
Двадцатисемилетний петербургский академик натуралист Петр Симон Паллас, родом из Берлина, был назначен начальником первой Оренбургской физической экспедиции. Летом 1768 г. на пути в Оренбург он описал большую часть течения Клязьмы и обратил внимание на приподнятость обоих берегов реки под Владимиром, особенно к югу от него (Высокоречье). От Владимира Паллас прошел «через прекрасные леса» на юго-юго-восток к Касимову, затем вдоль левого берега Оки до Мурома. Он был первым ученым, изучившим Окско-Клязьминское междуречье.
Весной 1769 г. Паллас обследовал Жигули и дал первую подробную топографическую характеристику Самарской Луки. На левом берегу Волги, близ устья Сока, он изучил Соколовы горы, а летом исследовал междуречье реки Самары и ее правого притока Кинели. Затем Паллас проследил Самару почти до верховья. Истоки Самары отделены от Урала «только простирающимися в ширину 18 верст степными горами».
В середине лета Паллас добрался до Оренбурга. Таким образом, Паллас первый исследовал часть Прикаспийской низменности. Он описал и нанес на карту устье Яика, а поздней осенью вернулся в Яицкий городок. Дожди и снегопады помешали продолжить работу, и он по тракту проехал в Уфу, где зимовал.
В феврале 1770 г. Паллас направил своего спутника Никиту Петровича Соколова (впоследствии академик, химик и минералог) на нижний Яик и к Каспийскому морю, сам же летом двинулся на восток до реки Сима, притока Белой, описал карстовый характер его верховья и обследовал ряд пещер. У реки Катав, притока реки Юрюзани, перед ним на юге, за небольшими отрогами, открылись «…высокие горы… лежащие между источниками Сима, Катава и Юрюзани».
Переправившись через Юрюзань, Паллас, следуя до Челябинска, выполнил первое пересечение Южного Урала через верховья рек Ай и Миасс, перевалив хребты Уреньга и Уралтау. Это пересечение позволило Палласу впервые выявить в строении Уральских гор меридиональную зональность – теперь выделяют шесть таких зон. Опираясь на свои материалы, он разработал схему общего строения Уральских гор, которая позднее легла в основу его теории образования горных хребтов Земли.
Паллас описал систему озер у «излучины (верхнего) Миасса», где с 1920 г. организован Ильменский заповедник. Из Челябинска прошел в Екатеринбург по восточному склону невысокого здесь Урала, мимо многочисленных озер, также им подробно описанных, и вдоль верхней Чусовой.
К северу от Екатеринбурга, в истоках Туры, Паллас осмотрел знаменитое железорудное месторождение – гору Благодать, «усеянную соснами». От верховьев Ляли на западе Паллас видел меридиональный «высокий хребет» – Северный Урал с покрытыми снегом вершинами.
В начале осени Паллас прекратил работу из-за болезни глаз: «сияние света причиняло нестерпимую боль». За лето 1770 г. он проследил восточный склон Уральских гор на протяжении почти 700 км. Зимовал в Челябинске, куда в октябре прибыли Н. Рычков и Н. Соколов.
Продолжая исследование России, Паллас в начале лета 1771 г. пересек Ишимскую степь, достиг Омска и в конце июля поднялся по Иртышу до Семипалатинска, по пути описывая небольшие соленые озера. Из-за простуды он смог приступить к работе лишь в середине июля и осмотрел северо-западную часть Алтая – бассейн верхнего Алея, причем в излучине этого левого притока Оби выделил Колыванский хребет.
В начале марта 1772 г. Паллас двинулся на юго-восток, в Забайкалье, и по льду пересек Байкал. В низовьях Селенги путешественника поразили «страшные горы и леса… где Селенга хребет пробивает», – об этом писал и Д. Мессершмидт. По рекам Селенге и Чикою Паллас проследовал на юг, к купеческому городу Кяхте – его интересовали объем и содержание торговли. В начале апреля, после возвращения в низовья Селенги, он направился в «Даурию, которую здесь обыкновенно Закаменной называют», пройдя на восток вверх по долине реки Уды и через истоки реки Хилка к Чите, т. е. перевалил Яблоновый хребет.
Из Читы Паллас прошел на юго-восток, к монгольской границе, описал бессточное озеро Торей (Барун-Торей), отметив, что в него впадают две реки – Ималка и Улдза. Озеро окружает «высокая открытая степь», изобилующая мелкими озерами. Здесь водится дикая лошадь «джигеттей», впервые описанная Мессершмидтом; Паллас считал ее «онагром» (диким ослом).
Перевалив Цаган-Дабан, П. С. Паллас по рекам системы Селенги добрался до Гусиного озера, крупнейшего в Забайкалье, выполнил его описание и 20 июня вернулся в Селенгинск. По его собственному признанию, за все время путешествия по Сибири наиболее богатые ботанические и зоологические сборы пришлись на Южное Забайкалье и Прибайкалье.
В августе 1772 г. П. С. Паллас вернулся в Красноярск. Ботанические сборы на территории Сибири позволили ему отвергнуть мнение И. Гмелина, проводившего границу между Европой и Азией по Енисею; она, по Палласу, должна проходить по Уралу.
Вернувшись из Сибири в Челябинск, Паллас в марте 1773 г. прошел на северо-запад «через весьма суженный Урал, состоящий из… мало возвышенных гор, поросших редким лесом», до реки Уфы. Следуя на запад через верхнюю Ирень (приток Сылвы), он вышел к реке Танып, и на западе перед ним открылась «прекрасная… многие версты в ширину простирающаяся равнина – междуречье Белой и Камы».
Осенью 1773 г. Паллас исследовал озера Эльтон и Баскунчак, а также горы Большое и Малое Богдо. Его описания этих «чудес природы» весьма точны, полнее, чем у других академиков. Зимовал он в Царицыне. Между прочим, он указал, что соединение каналом Дона с Волгой под этим городом удобнее, чем у Камышина.
Годы жизни 1741 – 1811