Настоящая научная работа началась только с приездом капитана Джеймса Кука в 1774 году. Кук отправился из Плимута 13 июня 1772 года на двух кораблях, «Резолюшн» и «Эдвенчур», с намерением обойти вокруг Земли по самой южной широте в надежде найти воображаемый южный континент. Впервые в истории эта экспедиция пересекла Южный полярный круг и проплыла ближе всех к Южному полюсу. Однако недели плавания в этих ледяных водах ослабили команду, началась цинга. Кук страдал от серьезного воспаления желчного пузыря, его спас бульон из свежего мяса, который приготовили, пожертвовав любимой собакой его биолога Форстера.

Именно из-за этих обстоятельств Кук приказал экспедиции плыть на север, рассчитывая достичь какого-нибудь полинезийского острова, где команда сможет восстановить силы. 1 марта 1774 года матросы заметили остров Пасхи, и Кук исследовал его скалистый берег для того, чтобы выбрать место подходящей швартовки. На следующий день к кораблям подплыли на небольшой лодке двое островитян и угостили команду бананами, один из них поднялся на борт и измерил длину судна. Затем Кук с несколькими товарищами спустились на берег, чтобы обменять прихваченные для этих целей блестки, гвозди, стекло и одежду на картошку, бананы, тростниковый сахар и цыплят. Еще чувствуя себя больным, Кук остался на берегу, но отправил небольшой отряд в глубь острова на разведку. В экспедиции Кука был таитянин Махин, который мог немного объясняться с островитянами.

Незадолго до начала его экспедиции Куку рассказывали о посещении острова Пасхи испанцами в 1770 году, но исследователь не планировал сходить здесь на берег. Англичане пробыли на острове четыре дня и затем уплыли. Как записывал сам Кук: «Мы не могли понять, как эти островитяне, не располагая никакой механической силой, могли поднять такие колоссальные фигуры, а затем поместить большие цилиндрические камни им на головы».

Четырьмя годами ранее испанский капитан Филипп Гонсалес-и-Хаэдо (после Роггевена он был первым, кто посетил остров) записал нечто похожее в свой журнал, добавив: «Этот вопрос стоит хорошенько изучить».

Самые ранние археологические раскопки были проведены на острове Пасхи моряками с немецкой канонерки «Гиена», которой командовал капитан Вильгельм Гейзелер, в сентябре 1882 года пробывшей на острове четыре дня. Основной целью экспедиции был сбор этнографического материала для Берлинского императорского музея. Исследователи сделали первое детализированное этнографическое описание острова, а также раскопали пол одного из домов в Оронго и несколько hare moa (каменных «курятников»).

Первая настоящая археологическая работа была проделана американской командой с «Могиканина» в 1886 году (с тех пор до последних десятилетий основное внимание исследователей сосредоточивалось на заметных и впечатляющих руинах: статуях, карьерах, платформах и каменных домах). Американцам (главным образом кассиру Уильяму Томсону и судовому хирургу Джорджу Куку) удалось тогда выполнить огромный объем работ всего за одиннадцать дней, включая: описание 555 статуй; подробный отчет о 113 платформах; отчет о культовой деревне в Оронго; описание многих других деревень, пещер, могил, наскальных изображений, картин; небольшие раскопки в кратере Рано Рараку; сбор информации, касающейся легенд и языка; коллекцию многих предметов, включая две дощечки для письма.

Смелая англичанка миссис Кэтрин Скорсби Рутледж во время Первой мировой войны провела на острове семнадцать насыщенных событиями месяцев.