Быстро обучился также М. В. Ломоносов немецкому и французском) языкам (латынь и греческий он освоил еще в Москве и Киеве) и делал замечательные успехи в русском стихотворстве.
Теоретическая подготовка в Марбурге должна была служить ступенью для русских студентов к изучению металлургии и горного дела. В 1739 году они направились во Фрейберг. М. В. Ломоносов многое почерпнул по рудному делу во Фрейберге, однако пребывание там было кратковременным.
Вспыльчивый и самолюбивый помор поссорился с преподавателем, и начались странствия М. В. Ломоносова по немецким и голландским городам в поисках поддержки у русских посланников. Из Марбурга М. В. Ломоносов писал, что упражняется в алгебре, «намереваясь оную к теоретической химии и физике применить».
С помощью русского посланника в 1741 году М. В. Ломоносов наконец вернулся в Россию, в Петербург. Начался петербургский период жизни, длившийся до его кончины. В эти годы развернулась его поразительно разнообразная научная и творческая деятельность.
Через полгода после возвращения в Петербург тридцатилетний ученый был назначен адъюнктом академии по физическому классу, начал подводить итоги своим наблюдениям в Германии, составляя книгу по металлургии, писал разные физические и химические «диссертации» для академии, занимался со студентами и начинал приобретать первую славу как поэт.
Молодой адъюнкт (нечто вроде теперешнего аспиранта), вернувшись на родную землю, не мог привыкнуть к хозяйничанию в академии немецких администраторов, вроде Шумахера, презиравших все русское. Восшествие на престол дочери Петра Елизаветы сопровождалось победой «русской партии» в академии. Однако резкие ссоры М. В. Ломоносова с немецкими академиками продолжались. Дело даже приняло такой оборот, что М. В. Ломоносов был подвергнут более чем семимесячному домашнему аресту.
М. В. Ломоносов, несмотря на свои «проступки», стал профессором химии и полноправным членом академии на основании представленной диссертации о металлургии.
Одним из первых важных начинаний нового профессора химии явилась постройка в 1748 году химической лаборатории академии на Васильевском острове. Там М. В. Ломоносов развернул, по тем временам огромную исследовательскую и техническую работу.
М. В. Ломоносов приступил в академии к чтению публичных лекций по физике. Наука прославлялась и распространялась также и стихами М. В. Ломоносова.
Прославился М. В. Ломоносов и как поэт. В 1750 и 1751 годах он пишет трагедии «Тамира и Селим» и «Демофонт». Первое издание стихов М. В. Ломоносова было выпущено академией в 1751 году. Дело дошло до того, что М. В. Ломоносов был вынужден оправдываться перед своими высокими покровителями — любителями поэзии в том, что он тратит время на физику и химию.
По совету и проекту М. В. Ломоносова в 1755 году в Москве был открыт университет, ставший затем одним из основных очагов русского просвещения и науки.
Химическая лаборатория стала местом, где М. В. Ломоносов в 50–х годах с громадным увлечением занялся совсем новым, большим и очень своеобразным делом — мозаикой. Задача эта вполне подходила к характеру и вкусам М. В. Ломоносова; в ней переплелось изобразительное искусство с химией цветного стекла, оптикой и техникой. Ученый решил эту задачу блестяще. Ему пришлось выполнить многие тысячи пробных плавок по изготовлению разных сортов цветного стекла, разработать способы компоновки стеклянных кусочков в прочную мозаичную картину. Из двенадцати сохранившихся известных мозаичных картин (в том числе знаменитой «Полтавской баталии»), выполненных в лаборатории, пять приписываются лично М. В. Ломоносову. В знак признания работ по мозаике М. В. Ломоносов был избран в 1764 году почетным членом Болонской академии наук.
За свои успехи в работе с мозаикой после долгих хлопот М. В. Ломоносов в 1753 году получил от царицы в дар поместье в Усть — Рудицах, в 64 верстах от Петербурга, для устройства стекольной фабрики с целью выделки разноцветных стекол, бисера, стекляруса и пр. Фабрика скоро была пущена в ход, причем станки для изготовления стекляруса и бисера проектировались самим М. В. Ломоносовым. Ряд машин и приспособлений приводился в движение водяной мельницей.
В 1756 году М. В. Ломоносов построил себе дом с домашней лабораторией в Петербурге, на Мойке. Здесь, вероятно, помещалась и оптическая мастерская, где по его проектам мастерами строились разнообразные приборы, телескопы, микроскопы, перископы, мореходные и другие инструменты.
Очень печально, что потомки не сумели сохранить до нашего времени ни химической лаборатории, ни дома на Мойке, ни многочисленных приборов, изготовленных собственноручно М. В. Ломоносовым.
В 1757 году М. В. Ломоносов был назначен начальником Географического департамента при академии. Он занялся трудной работой исправления географических карт. Натура М. В. Ломоносова, впрочем, была такова, что и в эту новую область он погрузился с увлечением. В 1763 году М. В. Ломоносов составляет «Краткое описание разных путешествий по северным морям и показание возможного проходу Сибирским океаном в Восточную Индию».
Не была забыта русским ученым и астрономия. 26 мая 1761 года М. В. Ломоносов наблюдал редкое астрономическое явление — прохождение Венеры по солнечному диску. Итоги своих наблюдений М. В. Ломоносов опубликовал в работе «Явление Венеры на солнце, наблюденное в Санкпетербургской Академии наук Майя 26 дня 1761 года». Тогда же М. В. Ломоносов впервые в истории астрономии сделал важное заключение о наличии «знатной воздушной атмосферы» у Венеры.