Тяжелыми были годы учения в академии. Жизнь впроголодь, насмешки школьных товарищей, которые «кричат и перстами указывают: смотри-де, какой болван лет в двадцать пришел латыни учиться». Но это не остановило Ломоносова. Его одаренность привлекла внимание учителей. Когда в 1735 году пришлось выбирать лучших учеников для продолжения обучения в Петербургском академическом университете, одним из первых был назван М. Ломоносов.
Пребывание в академическом университете длилось недолго. Не проходит и года, как он в числе трех лучших студентов командируется в Германию для обучения физике, химии и другим наукам.
Замечательные способности М. Ломоносова высоко оценили его зарубежные учителя. Известный ученый X. Вольф полюбил своего гениального ученика. «Нисколько не сомневаюсь, — писал он в Санкт-Петербургскую академию наук, — что если Ломоносов с таким же прилежанием будет продолжать свои занятия, то со временем, по возвращении в отечество может принести пользу государству».
М. Ломоносов не только обучался физике и математике в Марбургском университете и химии во Фрейберге, но во время самовольно предпринятого путешествия по странам Европы ему «удалось, — как он пишет, — в знаменитых городах побывать, поговорить с некоторыми искусными химиками, осмотреть их лаборатории и взглянуть на рудники в Гисене и Зигене».
За годы учения он выполнил и послал в Санкт-Петербургскую академию наук несколько физических исследований, в которых ясно формулируется задача, занимавшая его в дальнейшем почти до самой смерти. Уже в те годы он пытается объяснить различные качества тел на основании изучения свойств составляющих их материальных частиц.
Тогда же Ломоносов пробует свои силы в поэзии, переводя с французского оды Фенелона.
В 1741 году М. Ломоносов возвращается на родину, в совершенстве изучив латинский, немецкий и французский языки. Он умел пользоваться математикой. Знал физику, химию, философию, логику, минералогию, а также, вероятно, ботанику и зоологию. Во время пребывания за границей он получил знания по таким прикладным наукам, как механика, металлургия, познакомился с производством керамики, фарфора и стекла, соляным делом, мореходством… Интересовали его и гуманитарные науки: риторика, грамматика, история, политическая экономия…
Таким образом, годы учения сделали М. Ломоносова всесторонне образованным ученым, готовым взяться за любое дело.
По возвращении в Россию ученый вначале не получил никакой определенной должности. С большим трудом добился он назначения адъюнктом академии.
Казалось, что теперь он мог спокойно заняться наукой. На деле же молодой адъюнкт из-за бесхозяйственности в академии бедствовал, не получая положенного ему жалованья.
Нелегко было переносить и гнет засевших в академии иностранцев. Вспыльчивый, с горячим темпераментом и прямым характером, М. Ломоносов не мог спокойно смотреть на беспорядки в академической канцелярии и засилье иностранцев.
Несмотря на все невзгоды, молодой ученый много и плодотворно работал. Он преподавал в академическом университете и закончил замечательные исследования: «Элементы математической химии», диссертацию «О нечувствительных физических частичках, составляющих тела природы», а также «Первые основания металлургии и рудных дел», увидевшие свет лишь двадцать лет спустя.
Тогда же, вероятно, завершил он в основном и капитальные работы: «О причине теплоты и холода», «О действии химических растворителей».
Значительно развилось и окрепло поэтическое дарование Ломоносова. Уже в первых стихотворениях он обращается к научным темам. С прозорливостью гения описывает он вид Солнца:
Рассматривая Солнце в современные астрономические приборы, мы удивляемся, насколько точно описал его Ломоносов.
Поэтические успехи сделали Ломоносова популярным при императорском дворе, а это, в свою очередь, сказывалось на его положении в Академии наук. Неуважение, которое можно было проявлять к русскому ученому, становилось невозможным по отношению к известному при дворе поэту.
В 1745 году Ломоносов назначается профессором химии.
Напряженно занимаясь научными исследованиями, он в то же время заботится о распространении науки в России. В эти годы он переводит сочинение своего учителя X. Вольфа. «Вольфианская экспериментальная физика» была первым учебником физики на русском языке.