Крузенштерн пригласил на «Надежду» в качестве судового врача доктора медицины Карла Еспенберга, помощником врача был Иван Сидгам. Свита посла камергера Н. П. Резанова, следовавшая с ним на «Надежде», состояла из свиты его императорского величества майора Ермолая Фридерици, гвардии поручика графа Федора Толстого, надворного советника Федора Фосса, живописца Степана Курляндцева, доктора медицины и ботаники Бринкина, приказчика РАК Федора Шемелина.
Экипаж «Невы» возглавил капитан-лейтенант Юрий Федорович Лисянский. Командный состав включал лейтенантов Павла Арбузова и Петра Повалишина, мичманов Федора Коведяева и Василия Берха, штурмана Даниила Калинина В качестве судового врача пригласили Морица Лабанда Команда состояла из 45 старшин, матросов и судовых специалистов. На «Неве» следовал второй приказчик РАК Коробицын.
Решено было взять в состав экспедиции несколько ученых, во-первых, астронома. Среди них выразил желание отправиться в экспедицию швейцарец Иоганн Каспар Горнер, рекомендованный знаменитым австрийским ученым Ф. К. Цахом. О таком же горячем желании участвовать в экспедиции заявили естествоиспытатель, ботаник, зоолог, врач, впоследствии член Петербургской Академии наук Вильгельм-Теофиль Тилезиус фон Тиленау и натуралист и этнограф, доктор медицины барон Георг-Генрих фон Аангсдорф. Академиками Петербургской Академии наук В. М. Севергиным, А. Ф. Севастьяновым и Т. А. Смоловским были составлены научная программа наблюдений «в трех царствах природы», т. е. инструкции по проведению в экспедиции наблюдений по геологии, ботанике, зоологии и физической географии, а академику П. Б. Иноходцеву еще ранее поручили стать наставником И. Ф. Крузенштерна в части «практической астрономии».
На обоих кораблях, кроме Горнера, Тилезиуса, Лангсдорфа и Лабанда, в кругосветном путешествии ни одного иностранца не было.
Подготовка экспедиции была проведена весьма тщательно. Корабли снабдили самыми современными астрономическими и навигационными приборами, в частности хронометрами и секстанами. Сравнительно незадолго до отправления кораблей в экспедицию был разработан способ определения долготы по угловым расстояниям Луны от Солнца (иначе — «способ лунных расстояний»). Это значительно облегчало определение широт и долгот в море. И, как убедимся в дальнейшем, и на «Надежде» и на «Неве» в плавании старались как можно чаще определять координаты местонахождения корабля, а также береговых объектов.
Принятая на корабли провизия была в основном самая лучшая. Приготовленные в Петербурге белые сухари не повредились через целых два года Солонина была взята петербургская и гамбургская. Первая оказалась отменной доброты, так что за время путешествия не повредилась нисколько. Это был первый опыт приготовления мяса к долговременному хранению, посолив его российской солью. Оно осталось неповрежденным через три года пребывания на корабле, в том числе и в тропиках. Иван Федорович специально отметил это в своем описании плавания: «Признательность требует, чтобы имя приготовлявшего оное было известно. Это был Обломков, санкт-петербургский купец третьей гильдии» [3, с 51].
6 июля 1803 г. оба корабля «Надежда» и «Нева» были выведены на кронштадский рейд, где завершилась погрузка и приготовление к кругосветному плаванию. Там корабли были посещены и осмотрены императором Александром Павловичем. Незадолго до этого император пожаловал супруге Ивана Федоровича на 12 лет с одной деревни доходы, составлявшие ежегодно значительную по тем временам сумму около 1500 рублей, чтобы, по словам императора, «обезопасить благосостояние ее во время продолжительного и неизвестности подверженного отсутствия ее мужа» [3, с 48].
7 августа 1803 г. корабли оставили кронштадтский рейд и поплыли на запад. Побывав в Копенгагене и английском порту Фальмут, корабли экспедиции вышли на просторы Атлантики и добрались до Канарских островов. В океане во время временного безветрия спускали гребную шлюпку, используя которую Горнер и Лангсдорф замеряли температуру морской воды на глубине до 100 сажен (183 м). Для этого использовалась «Гальсова машина». Этот прибор состоял из полого медного цилиндра около полуметра высотой и диаметром около четверти метра, имевшего сверху и снизу крышки, которые при спуске в воду открывались, а при подъеме из воды закрывались. Внутри цилиндра укреплялся ртутный термометр, по которому и определялась температура воды, попавшей в пробор на глубине.
Безусловно, это был довольно несовершенный прибор, и Горнер отметил его главный недостаток: ненадежность открывания и закрывания верхнего и нижнего клапанов, в связи с чем не было уверенности, что пробы воды взяты именно с заданной глубины. Кроме того, медный цилиндр имел большую теплопроводность, из-за чего изменения внешней температуры (на палубе корабля, а также в верхних слоях океана) оказывали воздействие на находящуюся в цилиндре воду.
На «Надежде» кроме обычных измерений температуры поверхностного слоя океана был впервые использован для глубоководных исследований изобретенный в 1782 г. термометр Сикса, предназначенный для измерения наибольшей и наименьшей температуры. С помощью этого термометра в семи местах было исследовано вертикальное распределение температур в океане. Всего же глубинные температуры, вплоть до глубины 400 м, были определены в девяти местах. Это были, вероятнее всего, первые в мировой практике сравнительно точные определения вертикального распределения температур в океане.
Именно поэтому известный флотоводец и океанограф вице-адмирал С. О. Макаров при составлении в начале 90-х гг. XIX в. сводки данных о температуре глубинных слоев океана начинал список именно с данных, собранных учеными на борту «Надежды» в 1803–1806 гг.
После ухода из портов Канарских островов корабли экспедиции продолжили плавание к берегам Южной Америки. Иван Федорович отметил, что «ученые наши занимались многими опытами, изыскивая причину светящихся явлений в воде морской. Сии опыты, казалось, утверждали, что морская вода светится не от движения и трения частиц оной, но что действительною виною того суть органические существа. Они брали чашку, положа в нее несколько деревянных опилок, покрывали ее белым, тонким, вдвое сложенным платком, на который тотчас лили почерпнутую из моря воду, причем оказалось, что на белом платке оставались многие точки, которые при трясении платка светились, процеженная же вода не оказывала ни малейшего света, хотя, по причине трения ее при проходе сквозь опилки, и долженствовала бы вознаградиться потеря отделенных от нее, так сказать, атомов и дать ей тот же сильный свет.
