В Петербургском университете в это время работали выдающиеся русские учёные, в частности, лекции по химии читал Менделеев. Г.Аксёнов отмечает: «Открывая перед студентами стройность и законосообразность природы, Менделеев укреплял в них уверенность в силе личности и её способности преодолеть дурные обстоятельства, в том числе и общественные».
В Университете в этот период было организовано научно-литературное общество (1882-87), во главе которого стоял Научный отдел, и в нём Вернадский вёл минералогию.
В.И.Вернадский учится наблюдать природу, что было замечено профессором Докучаевым, который учил студентов тому, что настоящая наука начинается с поиска связи между видимыми явлениями.
Побывав вместе с В.В.Докучаевым в Сестрорецке, Вернадский записывает: «Прежде я не понимал того наслаждения, какое чувствует человек в настоящее время, искать объяснения того, что из сущего, из природы воспроизводится его чувствами, не из книг, а из неё самой».
Большой научной школой для Вернадского стала организованная Докучаевым Нижегородская экспедиция (1882-87); через два года Вернадский один прошёл свой первый геологический маршрут, его статья была опубликована в отчёте экспедиции. «Она открыла собой огромный список — книг и статей — почти 700 публикаций за шестьдесят последующих лет» (Г.Аксёнов).
В 1884 году Вернадский принимает предложение Докучаева и становится сотрудником минералогического кабинета Университета. В 1884 году Вернадский вступает во владение имением (Вернадовкой), а в 1886 году женится на Наталье Егоровне Старицкой, в 1887 году у них рождается сын Георгий, позже ставший профессором русской истории Йельского университета США. Вернадский сближается с братьями жены и в честь одного из них называет описанный им минерал.
В марте 1888 года Вернадский уезжает в командировку за границу, сначала в Вену, затем в Неаполь и, наконец, в Мюнхен, где начинает работать в лаборатории кристаллографии. Вскоре он пишет жене, оставшейся в России с маленьким сыном: «»У меня появились руки». Он овладевал методикой», — отмечает Г.Аксёнов.
После окончания учебного года Вернадский отправляется в большое путешествие по Европе с целью ознакомления с минералогическими музеями. Он побывал в Австрии, Швейцарии, Франции и участвовал в 5-й сессии Международного геологического конгресса в Англии. Здесь его приняли в члены Британской ассоциации наук. Вернадский возвращается в Мюнхен и вскоре в Вене встречает жену с ребёнком и переезжает работать в Париж.
В 1890 году Вернадский приезжает в Москву, предварительно поработав над описанием почв Кременчугского уезда. В Московском университете ему предложили кафедру минералогии и кристаллографии, хотя к этому времени (к 26 годам) он был лишь кандидатом (то есть человеком, защитившим диплом в высшем учебном заведении), не успев защитить диссертации, соответственно, на степень магистра и доктора наук.