Han gjennomførte tre store ekspedisjoner: Kon-Tiki-ekspedisjonen, Ra-ekspedisjonene og Tigris-ekspedisjonen.
Kon-Tiki-ekspedisjonen (1947) – Thor Heyerdahl forsøkte å bevise sin teori om at Polynesia kunne være befolket fra Sør-Amerika og ikke Asia. Han pekte på plantelivet, vindene og havstrømmene som gode argumenter, og mente lokal muntlig tradisjon antydet det samme.
Ra-ekspedisjonene (1969 og 1970) – Heyerdahl prøvde å knytte de søramerikanske indianerne sammen med de gamle sivilisasjonene i Afrika og Midtøsten.
Tigrisekspedisjonen (1977) – Heyerdahl ville gjerne prøve ut sine teorier om kontakter over havet mellom forhistoriske sivilisasjoner. Målet med reisen rundt i Persiabukta og Indiahavet var å vise at Mesopotamia og Egypt kunne ha hatt handelsforbindelser over havet for flere tusen år siden.
Thor Heyerdahl ble utnevnt til æresborger av Larvik by i 1971, og til hans 75-års dag i 1989 ble det avduket et monument laget i larvikitt.
Monumentet står på Tollerodden.