Sempre preocupado com o resultado prático das suas investigações, D.Carlos deu particular importância ao estudo dos peixes durante as campanhas oceanográficas, pois sabia que a indústria da pesca assumia uma enorme importância em Portugal.
Procurando aprofundar os seus conhecimentos sobre o assunto, D. Carlos estabeleceu uma relação próxima com os pescadores. A forma inteligente de aproveitar este convívio está bem ilustrada pela adaptação do "ESPINHEL", aparelho de pesca com o qual capturou a maior parte dos peixes, alguns deles exemplares raros e novos para a Fauna Marinha Portuguesa.
A importância económica da pesca do atum despertou o interesse de D. Carlos, que organizou um rigoroso programa de investigações sobre esta atividade na costa algarvia. O rigor do método utilizado e a preocupação em considerar o problema sob o ponto de vista estatístico constituíram uma atitude bastante inovadora na época, sendo os resultados publicados em 1899.
Consciente da importância da comunicação em ciência, o Rei cientista publica em1904 um interessante e pormenorizado estudo sobre esqualos, onde refere 32 espécies capturadas durante as campanhas de 1896 a 1903. A obra é valorizada com a inclusão de numerosas observações pessoais sobre a distribuição, abundância, métodos de pesca e valor comercial dos exemplares.
Embora não tenha tido oportunidade de os publicar, D. Carlos deixou-nos ainda diversos estudos sobre outros grupos de peixes, estando os manuscritos guardados na Biblioteca do Museu Oceanográfico D. Carlos I.