Он собрал не только важные географические материалы, но и первые геологические данные обо всей этой горной стране, никем из натуралистов ранее не посещенной. Чихачев оставил также ряд любопытных наблюдений. Когда экспедиция достигла русских домов, то сопровождавшие ее киргизы пришли в изумление. Прошло некоторое время, прежде чем мои горцы, пишет Чихачев, освоились со столькими предметами, до сего времени им совершенно незнакомыми, и поняли способ их употребления и назначения. Например, им подробно разъяснили, что дома это те же юрты, но неподвижные и выстроенные из дерева. Однако они нашли, что вход в эти дома очень неудобен, так как воображали, что для этой цели служат окна; они принимались пролезать через них и тяжело вваливались в комнаты... Печи казались им совершенно необыкновенным сооружением. Желая их осмотреть досконально, они всовывали головы в устье печи и вылезали оттуда с лицом, вымазанным сажей и пеплом, что всегда вызывало приступ веселого смеха у зрителей... . По материалам своего путешествия Чихачев впервые составил орографическую и геологическую карты Алтая и Западного Саяна и Значительно продвинул изучение гидрографии этих горных стран. С 1848 по 1863 год Петр Чихачев провел восемь научных экспедиций по Малой Азии, Армении, Курдистану и отчасти по Восточной Фракии. В результате многолетних экспедиций в эти страны Чихачев неоднократно пересекал основные горные массивы и хребты, восходил на вершины гор, среди которых были и такие, как Эрджияс и Бингель, на которые до него не ступала нога человека. Он исследовал и дал описание многочисленных рек, озер, заливов, произвел измерение глубин Мраморного и Эгейского морей, а также проливов Босфор и Дарданеллы. Чихачев опубликовал интересные материалы о течениях воды в проливах и Мраморном море. Им было опубликовано свыше 20 работ по геологии и палеонтологии Малой Азии. Чихачеву первому удалось собрать многочисленные ископаемые флоры и фауны, позволившие впервые издать монументальный труд по палеонтологии Малой Азии. ...Все количество органических ископаемых, приведенных в моей Палеонтологии Малой Азии , писал он, содержит не менее 575 видов, из которых 57 совершенно новых . Целому ряду палеонтологических ископаемых, а равно и минералов, впервые обнаруженных и описанных Чихачевым, присвоено его имя. Изучив ботанические сокровища Малой Азии, Чихачев отметил чрезвычайное их видовое разнообразие, что было естественным следствием крайне разнообразного рельефа, климатических и почвенных условий. В гербарии Чихачева насчитывалось до 3500 видов растений Малой Азии.
Чтобы представить реальное значение этой цифры, достаточно отметить, что она больше той, которая во времена Линнея представляла количество известных растений на всем земном шаре, и составила две трети общего числа видов всей Европы, известных в то время. 25 сентября 1877 года Чихачев отправился из Парижа в новое путешествие в целях изучения Северной Африки. Алжир, Тунис, Марокко, Египет и другие места Северной Африки он впервые посетил еще в 1835 году, в период работы при русском посольстве в Константинополе. Новое его путешествие началось с Испании. Из портового города Картахен он на пароходе отправился к берегам Северной Африки. 17 ноября 1877 года Чихачев высадился в средиземноморском порту Оран, а 1 декабря прибыл в обширный портовый город Алжир. Семь месяцев он путешествовал по Алжиру, после чего 25 мая 1878 года отправился на пароходе в Тунис. Прибыв в Тунис, Чихачев боялся, что ему не разрешат проводить какие-либо исследования местности, а возможно, и арестуют, как это уже неоднократно происходило в предыдущих путешествиях по странам Востока. Боязнь эта обосновывалась тем, что в этот период шла русско-турецкая война. После 10-дневного ознакомления с городом Тунисом Чихачев приступил к исследованию его окрестностей. Прежде всего он отправился в район Загхуан, расположенный в 40 километрах южнее Туниса. Здесь сохранился великолепный акведук, сооруженный 18 веков назад императором Андрианом с целью подвести воду к Карфагену из источников, бьющих из массива Загхуан, расположенных в 130 километрах от города. После завершения экскурсии по горному массиву Загхуан Чихачев отправился к развалинам древнего города Утика, расположенного на полпути из Туниса в Бизерту. 4 июня Чихачев посетил целебные источники Хаммам-Эль-Энер, вытекающие из горного массива Джебель-Бу-Курнеин. На следующий день ученый приступил к исследованию района, где когда-то стоял древний город Карфаген. Почти полное исчезновение Карфагена с лица Земли, писал он, представляет собой явление единственное в своем роде, ибо ни один из городов, прославленных в древности, как, например, Ниневия, Иерусалим, Афины, Рим, не исчезал так бесследно, как Карфаген... . Археологические данные почти ничего не говорят о финикийской, греческой и римской эпохах, так прославивших этот древний город. Чихачев дает подробное описание истории древних городов Иерусалима, Рима и особенно Карфагена. Причем это описание базируется отчасти на рукописях древних авторов и поэтому представляет большую научную ценность. 9 июня 1878 года после почти годичного пребывания в Северной Африке Чихачев отправился пароходом из Туниса в Неаполь, а оттуда через несколько дней вернулся во Флоренцию.
Чихачев является основоположником палевых исследований русских ученых, главным образом, по геологии и ботанике этой части Африки. Ему принадлежит приоритет в геологическом исследовании и в определении многих видов растений ряда местностей Северной Африки, в том числе горных массивов Джур-Джур, Аурес, Загхуан. Он впервые дал описание Северной Африки в популярной форме, показав одновременно человека и природу в их самых разнообразных проявлениях. Умер Петр Александрович Чихачев во Флоренции 13 октября 1890 года, на 82-м году жизни. Он был похоронен на кладбище Аллори. На надгробном камне из серого гранита к 150-летию со дня рождения была помещена беломраморная плита с надписью: Родина чтит тебя, дорогой Петр Александрович . Его младший брат, Платон Александрович, умер в Версале двумя годами позже, в 1892 году, и похоронен в Ницце. Один из хребтов Алтая, где когда-то проводил свои исследования Петр Александрович, назван хребтом Чихачева. Около двадцати его работ переведены и изданы на русском языке.