W 1856 roku zaczął pracować jako wykładowca na Uniwersytecie Wiedeńskim, gdzie w tym samym roku uzyskał habilitację z zakresu geologii.
W latach 1857–1859 wziął udział w rejsie naukowym dookoła świata na statku SMS Novara, podczas której przeprowadził szereg badań geologicznych. Do wyjazdu przygotowywał się m.in. poprzez naukę języka angielskiego i fotografii oraz poprzez konsultacje, m.in. rozmowy z Alexandrem von Humboldtem (1769–1859). Wyprawa wyruszyła 30 kwietnia 1857 roku z Triestu i poprzez Gibraltar, Rio de Janeiro, Kolonię Przylądkową, Sri Lankę oraz wiele wysp Oceanu Indyjskiego dotarła do Sydney, a następnie do Nowej Zelandii. Po przybyciu do Auckland von Hochstetter spotkał niemieckiego geologa Juliusa von Haasta (1824–1887), który towarzyszył mu podczas prac na wyspach. Władze w Auckland zleciły mu zbadanie prowincji Auckland i Nelson. Von Hochstetter odłączył się od wyprawy i przez 9 miesięcy prowadził badania geograficzne i geologiczne. Zbadał, opisał i zmapował m.in. wulkany w okolicach Auckland, tereny środkowej Wyspy Północnej i północnej części Wyspy Południowej. Nazywany jest „ojcem geologii Nowej Zelandii”.