В новом учебном заведении любознательный и талантливый помор проявит огромный интерес к наукам. Он начал изучать математику, экспериментальную физику, химию, минералогию. Самостоятельно приступил к теории стихосложения. Здесь, в Петербурге, Ломоносов смог увидеть новейшие приборы и инструменты для проведения исследований, в академической книжной лавке познакомился с новыми книгами и журналами.
Пребывание Ломоносова в Академии наук было недолгим. В сентябре 1736 года с группой наиболее талантливых студентов его направляют для обучения горному делу в Германию. В Марбургском университете Михаил слушает лекции по теоретической химии профессора Ю. Дуйзига, а затем лекции по механике, гидростатике, теоретической физике, логике, аэрометрии, гидравлике профессора X. Вольфа. Наряду с изучением немецкого языка с мая 1737 года Ломоносов стал брать уроки французского, рисования, танцев и фехтования. В своих письмах в Петербург Вольф отмечал успехи русских в обучении, особенно выделяя достижения Ломоносова. Осенью 1738 года Ломоносов пишет свою первую студенческую работу по физике – «О превращении твердого тела в жидкое, в зависимости от движения предсуществующей жидкости», которая была отправлена в Петербург и получила положительную оценку академиков. В марте 1739 года им закончена другая работа – «Физическая диссертация о различии смешанных тел, состоящем в сцеплении корпускул».
К началу 1739 года русские студенты закончили обучение в Марбурге и летом того же года были направлены предписанием из Петербурга в г. Фрейберг к физику Генкелю, известному специалисту горного дела. Вначале им необходимо было изучить минералогию и металлургию. Студенты посещали рудники и металлургические заводы, где проходили практические занятия. Химические исследования проводились в специальной лаборатории, которая была одной из самых лучших в Европе.
Во Фрейберге Ломоносов, кроме занятий горным делом, металлургией и химией увлекся изучением русского стихосложения. Осенью 1739 г., узнав о победе русских войск над Турцией, он создает большое литературное произведение «Оду на взятие Хотина», которая совершила переворот в русской поэзии. Позднее он написал научный трактат «Письмо о правилах русского стихотворства», где были изложены идеи о реформе русского стихосложения.