1868 begleitete er die Expedition zur Beobachtung der Sonnenfinsternis vom 18. August 1868 nach Aden und ging von dort aus nach Ägypten, wo er Johannes Dümichen auf einer archäologisch-photographischen Expedition begleitete. 1874 ging er zur Beobachtung des Venusdurchgangs nach Isfahan in Persien (siehe Bild) und danach zu zoologischen Zwecken auf eine Reise nach Kleinasien. 1881 bis 1882 bereiste Fritsch im Auftrag der königlichen Akademie der Wissenschaften Ägypten und die östlichen Mittelmeerländer zum Studium der Elektrizität bei Fischen.
1867 wurde Fritsch Assistent am Anatomischen Institut, 1874 schließlich außerordentlicher Professor für Physiologie an der Berliner Friedrich-Wilhelms-Universität. Als hervorragender Anthropologe fand er auch Anerkennung von Rudolf Virchow. Später wurde er Vorsteher der histologischen Abteilung des Physiologischen Instituts. Dort galt sein Hauptinteresse der Erforschung der motorischen Funktionen des Großhirns und ihrer Lokalisation. Seine Arbeiten, die er 1870 zusammen mit Eduard Hitzig nach experimenteller elektrischer Reizung des Frontallappens von Hunden schrieb, gelten als erster Beweis der Erregbarkeit der Großhirnareale durch elektrische Stromimpulse[1] und erste deskriptive Lokalisationslehre der motorischen Hirnrinde.
Nach dem Deutsch-Französischen Krieg heiratete Fritsch in Breslau Helene (1851–1915), eine Tochter des Verlegers Ferdinand Hirt. Mit ihr hatte er eine Tochter und einen Sohn.
Wenig bekannt ist, dass Fritsch mit seinem Werk Die Retinaelemente und die Dreifarbentheorie zu den Pionieren der Farbfotografie zählt. Gustav Theodor Fritsch starb im Alter von 89 Jahren in Berlin.
Drei Jahre in Süd-Afrika. Reiseskizzen nach Notizen des Tagebuchs zusammengestellt. Hirt, Breslau 1868
mit Eduard Hitzig: Ueber die elektrische Erregbarkeit des Grosshirns. In: Archiv für Anatomie, Physiologie und wissenschaftliche Medicin. Band 37, 1870, S. 300–332.
Die Eingeborenen Süd-Afrika’s: ethnographisch und anatomisch beschrieben. Hirt, Breslau 1872
Vergleichend-anatomische Betrachtung der elektrischen Organe von Gymnotus electricus. Veit, Leipzig 1881
Die Retinaelemente und die Dreifarbentheorie. Berlin 1904
↑Wolfgang Seeger, Carl Ludwig Geletneky: Chirurgie des Nervensystems. In: Franz Xaver Sailer, Friedrich Wilhelm Gierhake (Hrsg.): Chirurgie historisch gesehen. Anfang – Entwicklung – Differenzierung. Dustri-Verlag, Deisenhofen bei München 1973, ISBN 3-87185-021-7, S. 229–262, hier: S. 230.