В марте 1736 года Академия Наук (в лице президента Иоганна Корфа) принимает решение отправить в Европу 12 наиболее способных молодых людей из «Спасских школ» для обучения естественным (физика, химия) и техническим наукам (металлургия, горное дело). Переехав в Германию, Ломоносов поселяется в доме вдовы немецкого пивовара, на дочери которой он впоследствии женился.
Дом, в котором Ломоносов жил в Марбурге
За границей Ломоносов обучался пять лет: около 3 лет в Марбургском университете, под руководством знаменитого Христиана Вольфа, и около года во Фрайберге, у Генкеля; около года провёл он в переездах, был в Голландии.
Помимо заявленного обучения, Ломоносов укрепил свои знания немецкого языка, обучался французскому и итальянскому языкам, танцам, рисованию и фехтованию. В период обучения в Марбургском университете Ломоносов начал собирать свою первую библиотеку, потратив на книги значительную часть выдававшихся денег. Весьма внушителен список художественной литературы, вошедшей в это его первое собрание; здесь и античность, и современные авторы: Анакреон, Сафо, Вергилий,Сенека, Овидий, Марциал, Цицерон, Плиний Младший, Помей, Эразм Роттердамский, Фенелон, Свифт, Гюнтер, «Избранные и лучшие письма французских писателей, переведённые на немецкий язык» (Гамбург, 1731), «Вновь расширенное поэтическое руководство, то есть кратко изложенное введение в немецкую поэзию» И. Гюбнера (Лейпциг, 1711) и другие.
1737—1738 годы Ломоносов посвятил занятиям различными науками. Его первая студенческая работа по физике «О превращении твёрдого тела в жидкое, в зависимости от движения предшествующей жидкости».
Весной 1739 года Ломоносов представил ещё одну работу «Физическая диссертация о различии смешанных тел, состоящих в сцеплении корпускул», в которой рассматривались вопросы о строении материи и намечались контуры новой корпускулярной физики и химии.
Изучение естественных наук Ломоносов успешно сочетал с литературными занятиями. В Марбурге он познакомился с новейшей немецкой литературой. Ломоносов занимался с увлечением не только теоретическим изучением западноевропейской литературы, но и практической работой над стихотворными переводами.
Жизнь Ломоносова и его товарищей за границей осложнялась из-за неурядиц с пересылкой денег на их содержание и обучение. Средства от Академии Наук поступали нерегулярно, и студентам приходилось жить в долг.
К началу 1739 года Ломоносов и его товарищи завершили своё обучение в Марбурге. К этому времени от него уже забеременела дочь хозяйки, 19-летняя Елизавета Цильх, с которой он сыграл свадьбу в Марбурге по реформатскому обряду 26 мая 1740 года. Первая их дочь Екатерина родилась до свадьбы и считалась незаконорожденной. Вскоре из Петербургапришло предписание готовиться к отъезду во Фрайберг к Генкелю для изучения металлургии и горного дела.
Паспорт, выданный М. Ломоносову Марбургским университетом 13 мая 1741 года
Пять дней потребовалось русским студентам на дорогу до Фрайберга. 14 июля1739 года они прибыли в этот старейший горнозаводской центр Саксонии.
После относительно независимой и свободной университетской жизни в Марбурге русские студенты попали в полное подчинение к строгому и педантичномуЙ. Ф. Генкелю. Обучение Генкель начал с занятий минералогией и металлургией. Преподавание строилось в основном на практических занятиях: посещениерудников и металлургических заводов сопровождалось объяснениями производственных процессов. Здесь Ломоносов познакомился с устройством рудников, способами укрепления шахт, подъёмными машинами. Позднее, в своей книге «Первые основания металлургии, или рудных дел», Ломоносов широко использовал знания и опыт, приобретённый во Фрайберге.
Первая серьёзная ссора с наставником разразилась в конце декабря 1739 года. Поводом послужил отказ Ломоносова выполнить черновую работу, которую ему поручил Генкель. Весной, когда Ломоносов и его коллеги после очередного скандала пришли просить денег на своё содержание, Генкель им отказал. Отношения оказались окончательно испорчены. Кроме того, Ломоносов считал, что ему уже нечему учиться во Фрайберге.