В 1925 г. Н.А. Елисеев опубликовал свою первую научную работу «Диабазы Туломозерского района». В работе приводится доскональное описание одного из типов пород района и делаются выводы, весьма значимые для последующей разработки теории метаморфизма, а именно, о чрезвычайной неравномерности изменений пород при низкотемпературном региональном метаморфизме, а также о том, что процесс метаморфизма оторван по времени от процесса образования пород.
Автор констатирует: «Процесс превращения породы, в результате которого возникли вторичные минералы, имел место в поствулканическую фазу и по характеру, вероятно (здесь он цитирует своего учителя, Ф.Ю. Левинсона-Лессинга), представляет «гидрохимическое превращение, облегчаемое динамометаморфизмом»». Далее выходит серия статей по геологии Карелии, в том числе в соавторстве со своим ближайшим наставником – профессором В.М. Тимофеевым. В статье «К вопросу о генезисе месторождения Сегозерского горшечного камня» (1929) Н.А. впервые высказал принципиально новое для того времени суждение о происхождении этих пород в процессе метаморфизма серпентинитов, а не доломитов, как считалось ранее. Успешное геолого-петрографическое изучение докембрийских комплексов сразу же выдвинуло Н.А. Елисеева в число ведущих исследователей докембрия Балтийского щита.