Весной 1954 г. на заседании Специального комитета МГГ было отмечено, что «Антарктида является наиболее важной частью земного шара для проведения интенсивных исследований в период Международного геофизического года». Программа МГГ предусматривала создание в южной полярной области густой сети научных станций, а также проведение морских экспедиций. В решении этих задач приняли участие СССР, США, Великобритания, Франция, Бельгия, Австралия, Аргентина, Чили, Норвегия, Япония, Новая Зеландия и ЮАР. Советские антарктические исследования начались в 1955 г. Первая комплексная антарктическая экспедиции (КАЭ) под руководством М. М. Сомова состояла из морской части, выполнявшей исследования в прибрежных водах Антарктиды и открытых районах Мирового океана, и континентальной части, в задачи которой входило устройство антарктических станций. Базой советских антарктических экспедиций стала обсерватория Мирный, открытая в начале 1956 г. В том же году были построены станции Пионерская и Оазис.
Был совершен поход из поселка Мирный через станции Пионерская и Комсомольская по направлению к центру Антарктиды, во время которого на высоте 3662 м над уровнем моря была создана станция Советская. 14 декабря 1958 г. санно-гусеничный поезд на тягачах достиг Полюса относительной недоступности, где была открыта временная база, впоследствии ставшая промежуточной для внутриконтинентальных походов. Морской частью экспедиций была выполнена съемка отдельных участков берегов Антарктиды, проводились комплексные океанографические и гидрографические исследования. Советская антарктическая экспедиция была наибольшей по числу ее участников и объему научных исследований.
Одновременно с с советскими исследователями приступили к организации антарктических научных станций и ученые других стран. В 1958 г. в Антарктиде насчитывалось 48 научных станций, на которых зимовало около 900 человек. Наибольшее количество станций располагалось на Антарктическом полуострове и на берегу моря Уэдделла.
Значительный вклад в исследование Антарктиды внесли ученые США. Во время МГГ в Антарктиде и в водах Южного океана работала американская экспедиция «Дипфриз», в которой участвовало несколько тысяч человек, одним из ее руководителей был Р. Бэрд. Американские исследования осуществлялись на семи научных станциях — двух внутриконтинентальных и пяти прибрежных. Основной базой американских экспедиций была станция Мак-Мердо, открытая в 1955 г., а главной научной станцией — Литл-Америка V. В 1956 г. на Южном полюсе была открыта станция Амундсен-Скотт.
Больше всего научных станций в Антарктике имела Великобритания, в 1957 г. их насчитывалось 15. В арктической и субарктической зоне работали десять станций Аргентины и девять станций Чили.
Многие антарктические станции в период 1957—1958 гг. стали базами для проведения внутриконтинентальных походов. Во время таких походов велись различные научные исследования, в том числе гляциологические. Британская экспедиция под руководством Вивиана Фукса впервые осуществила переход со станции Шеклтон через Южный полюс на побережье моря Уэдделла, финишировав на станции Скотт, расположенной на противоположном конце материка, и преодолев расстояние в 3473 км.
Исследования в Арктике
Широко развернулись исследования и в Арктике, где по программе МГГ работало 50 полярных станций различных стран, из них 33 — советские, в том числе станции на островах Диксон, Котельный, Врангеля, Четырехстолбовой, Преображения, на мысе Челюскин и Уэллен. Самая крупная из советских станций — обсерватория Дружная — была открыта в 1957 г. на о. Хейса. Кроме комплекса метеорологических и аэрологических наблюдений, в обсерватории проводились озонометрические, ионосферные, магнитные, астрономические и другие научные исследования, осуществлялись регулярные запуски метеорологических ракет. Из 88 метеорологических ракет, выпущенных в различных районах СССР в период МГГ, 35 были запущены в высоких широтах.
Кроме полярных станций, во время проведения МГГ в Арктике работали три советские и две американские дрейфующие станции. 15 апреля 1956 г. на ледяном острове в Северном Ледовитом океане была открыта станция СП-6, которая работала 1252 дней до 14 сентября 1959 г. 23 апреля 1957 г. в районе к северо-востоку от острова Врангеля была открыта вторая станция — СП-7. Ее дрейф продолжался в течение 718 дней, станция завершила работу 11 апреля 1959 г. По программе МГГ работала и станция СП-8, открытая уже позже его официального завершения — в апреле 1959 г. На всех дрейфующих станциях имелся полный комплекс самого современного оборудования для проведения всесторонних исследований, в том числе приборы для магнитных наблюдений, разработанные специально для применения в высоких широтах. В марте 1957 г. в Арктическом бассейне США на ледяном острове была открыта американская дрейфующая станция «Браво», которая просуществовала до 1961 г. В апреле 1957 г. американцы открыли еще одну станцию — «Альфа», работавшую до ноября 1958 г.
Океанографические исследования в Арктике проводились как на прибрежных полярных станциях, так и в морских экспедициях. Советские морские экспедиции работали в Норвежском, Гренландском, Чукотском и Беринговом морях. В 1956—1958 гг. в Карском море работала советская океанографическая экспедиция, занимавшаяся гидрологической съемкой и съемкой течений. В ней впервые был применен метод постановки автономных буйковых станций с подвешенными самописцами течений. С 1956 г. США начали применять в Арктике автоматические гидрометеорологические станции, снабженные датчиками температуры и давления воздуха, а также направления и скорости ветра. Гляциологические исследования в Советской Арктике проводились на о. Земля Франца Иосифа и Новой Земле. Для выполнения плана работ в период МГГ на о. Земля Франца Иосифа работали экспедиция Института географии АН СССР, Десятая гидрографическая экспедиция Главсевморпути, геологическая экспедиция НИИГА.