В те годы среди ученых-естествоиспытателей шли жаркие споры по поводу различных теорий о происхождении человека. Одни утверждали, что все народы мира произошли от единого предка, другие отстаивали противоположную точку зрения. Среди них было много таких, которые считали, что «цветные» народы стоят ближе к животным, чем европейцы. Несомненно, Миклухо-Маклай не мог не интересоваться этими проблемами, однако в его жизни произошло важное событие, на время отодвинувшее в сторону эти интересы.
В йенском университете преподавал знаменитый естествоиспытатель, убежденный сторонник идей Дарвина, Эрнст Геккель. Новый студент вскоре обратил на себя внимание профессора, и тот в 1866 г. предложил ему участвовать в путешествии на Мадейру и Канарские острова в качестве своего ассистента. После этого, войдя во вкус полевой работы, Миклухо-Маклай направился в Марокко и пешком обошел эту небезопасную для европейца страну, потом побывал на Сицилии, в Испании и Франции. В этот период он под влиянием Геккеля занимался изучением морской фауны. Это же занятие он в 1869 г. продолжил на Красном море. Чтобы избежать стычек с мусульманами, молодой ученый последовал примеру многих европейских путешественников, то есть выучил арабский язык и преобразился в араба: обрил голову, окрасил лицо и надел арабскую одежду. В таком виде с микроскопом в руках он бродил по берегам и коралловым рифам в поисках интересующих его морских обитателей. Однако невыносимая жара, голод и болезни расшатали его здоровье, пришлось возвращаться на родину.
В России Миклухо-Маклай по рекомендации Геккеля начал работать под руководством одного из патриархов русской науки, академика Карла Бэра. Кроме морской фауны знаменитого ученого очень интересовали проблемы происхождения человека. Он-то и утвердил своего молодого помощника в необходимости исследования первобытных народов с этнографическими и антропологическими целями. Миклухо-Маклай мечтал из тропиков постепенно, в течение восьми-девяти лет, продвинуться на север, к Охотскому и Берингову морям. С этой идеей он, заручившись поддержкой видных ученых-путешественников, начал осаждать Русское географическое общество, прежде всего его главу, знаменитого мореплавателя Федора Литке. Однако к тому времени в русском правительстве, да и в самом Географическом обществе интерес к научным исследованиям в Тихом океане в значительной степени был утерян. Несмотря на это, Николаю Николаевичу все же удалось выхлопотать разрешение на то, чтобы его взяли на российское военное судно, направлявшееся в нужный ему район. В заливе Астролябия на Новой Гвинее, где не ступала нога белого человека, он в сопровождении двух слуг должен был высадиться на берег и остаться там среди папуасов, слывших и действительно являвшихся людоедами. На нужды экспедиции Географическое общество выделило ничтожную сумму в 1350 рублей.
27 октября 1870 г. военный корвет «Витязь» вышел из Кронштадта. Его маршрут проходил через Магелланов пролив, поэтому Миклухо-Маклай смог провести некоторые исследования на островах Пасхи, Таити и Самоа. У главной цели своего путешествия ученый оказался 19 сентября 1871 г. И капитан корвета Назимов, и видавшие виды матросы «Витязя» считали, что высаживаться следует только в сопровождении вооруженного отряда. Но Миклухо-Маклай отказался. Вместе с двумя слугами, Ульсоном и Боем, он отправился к берегу.
Папуасы встретили незваных гостей враждебно. В них стреляли, правда, желая напугать, а не убить. Перед их лицами размахивали копьями. Но поразительная выдержка и презрение к смерти Маклая, а также его всегда ровное и дружелюбное поведение помогли преодолеть недоверие. Об этом красноречиво свидетельствует знаменитый эпизод: Миклухо-Маклай заставил себя заснуть в присутствии угрожавших ему оружием туземцев. Вскоре папуасы были в восторге от своего гостя. Они стали его друзьями, часто приходили в гости, приносили подарки. Посмотреть на Тамо-руса (Русского человека) приезжали даже с других островов. Туземцы разрешали ученому измерять себя, состригать волосы с головы (правда, в обмен на пряди волос самого Маклая). Он свободно передвигался по острову, сделал прекрасные зарисовки, осуществил съемку участка побережья от мыса Круазиль до мыса Короля Вильгельма. С помощью хозяев острова Тамо-рус собрал уникальные коллекции, в т. ч. человеческих черепов, крайне необходимых для антропологических исследований.
Путешественник не только изучал папуасов – он делил с ними радость и горе, лечил, рассказывал о далеких странах. Ученый сумел во время своего пребывания прекратить междоусобные войны на острове. Туземцы платили ему привязанностью, а однажды даже устроили для него смотр невест, боясь, что соседи с Били-Били и Бонгу переманят к себе почетного гостя. От участи быть мужем сразу трех папуасок еле-еле удалось избавиться. Маклай заявил, что женщины много шумят, а он любит тишину. Это было понятно, и туземцы отстали.