Esmark wrócił do Danii w 1797 roku, a następnie objął stanowisko asesora w urzędzie górniczym (nor. Overbergamtet) w Kongsbergu nadzorującym wydobycie m.in. srebra. W 1802 roku został wykładowcą mineralogii, fizyki i chemii na tamtejszej akademii górniczej. W 1805 roku kopalnie w Kongsbergu zaczęły przynosić straty i wkrótce zostały zamknięte. Esmark wraz z kilkoma innymi urzędnikami otrzymał prawo do wydobycia surowców na własny koszt, jednak przedsięwzięcie to nie powiodło się i zezwolenia na wydobycie cofnięto w 1815 roku.
Jeszcze w 1814 roku Esmark został pierwszym norweskim profesorem geologii na nowym uniwersytecie w Christianii. Przeniesienie się Esmarka do stolicy zakończyło działalność akademii górniczej w Kongsbergu.
Esmark odkrył m.in. datolit i wymyślił nazwę noryt. Jako pierwszy wysunął tezę o zlodowaceniu Skandynawii, przy czym według jego datowania, zdarzenie to zaszło w przeszłości bardziej odległej niż uważa się obecnie. Esmark wystąpił z tezą o istnieniu dużych lodowców w Norwegii, przenoszących wielkie głazy i budujących moreny, zanim Jean de Charpentier (1786–1855) rozpoczął badania nad lodowcami szwajcarskimi.