До 1866 г. Горный институт был закрытым военным учебным заведением с ограничениями в приеме, военной муштрой и т. д. По уставу 1866 г. институт стал открытым учебным заведением, расширились права совета и улучшилось качество преподавания. Важное значение имело установление пятилетнего срока обучения (вместо трехлетнего), допуск к обучению в институте всех окончивших гимназический курс и выдержавших вступительные экзамены. Большое внимание уделялось практическим занятиям. После первого курса студенты выезжали на геодезическую практику, после третьего проводилась ознакомительная геологическая практика в виде экскурсий, подготавливавшая студентов к слушанию курсов геологического цикла; после четвертого курса студенты выезжали на рудники горнозаводских округов России. Значительно была усилена лабораторная база института, созданы новые кабинеты с минералогическими и палеонтологическими коллекциями. Существенно пополнилась библиотека института и облегчен доступ к ее фондам.
Горный институт всегда славился высоким уровнем общеобразовательной подготовки; в его стенах в прошлом училось много талантливой молодежи: писатель Н. М. Языков, декабрист А. А. Бестужев-Марлинский и такие деятели искусства, как В. А. Каратыгин, И. П. Борецкий, И. В. Орлов, В. В. Самойлов.
Традиционно славился Горный институт подготовкой в области математики. Основы ее преподавания были заложены замечательными русскими математиками В. Я. Буняковским и И. И. Сомовым. Во время учебы Ф. Н. Чернышева высшую математику, аналитическую и теоретическую механику, начертательную геометрию, а также маркшейдерское дело преподавал Г. А. Тиме, прошедший основательную подготовку за границей у таких крупных математиков, как К. Т. Вейерштрасс и Г. Ф. Риман. Физику преподавал К. Д. Краевич, один из лучших педагогов-физиков России, учебники которого переиздавались вплоть до 20-х годов нашего века. В Горном институте к этому времени функционировала специальная физическая аудитория с кабинетом физических приборов.
На младших курсах Ф. Н. Чернышев особенно увлекался химией, основы преподавания которой были заложены академиком Г. И. Гессом. Преподаватели К. И. Лисенко и К. Д. Сушин были известными учеными в области теоретической и прикладной химии (каменного угля, нефти, каменной соли). К. Д. Сушин одним из первых применил физико-химический анализ, получивший затем развитие в химической лаборатории Горного института, а также усовершенствовал процесс обогащения руд. Хорошая подготовка в области химии обеспечивалась, кроме научных достижений профессуры, их лекторскими способностями, а также одной из лучших в России по оборудованию химической лабораторией. Сохранились воспоминания об увлечении Ф. Н. Чернышева химией в период учебы в институте: «Химия и минералогия становятся его любимыми занятиями; старая, привлекательная в своей тесноте и какой-то интимности, лаборатория нашего института становится для него, как и для многих других его сверстников и последующих товарищей, вторым домом... Сколько идей, которыми институт может гордиться в трудах таких своих учеников, как Е. С. Федоров, Н. С. Курнаков, зародились, быть может, в стенах этой старой лаборатории» [9].
По геологическому профилю существовало четыре кафедры, которые возглавляли выдающиеся ученые того времени. Кафедру минералогии занимал П. В. Еремеев, который блестяще читал курсы кристаллографии и минералогии; под его влиянием молодой Ф. Н. Чернышев едва не стал минералогом, и лишь последующие успехи в картировании Урала заставили его отдать предпочтение стратиграфии и региональной геологии. П. В. Еремеев был крупным ученым; он продолжил дело Н. И. Кокшарова по описательной и топографической минералогии. Изучив формы кристаллов более 100 минералов, он дал описание наиболее характерных для русских месторождений образцов. Впервые в России он начал работы в области технологической минералогии. После окончания института Ф. Н. Чернышев долго сотрудничал с П. В. Еремеевым в Академии наук и особенно в Минералогическом обществе, где они были директором и секретарем. Практические занятия вел Г. Г. Лебедев, который позднее возглавил кафедру и составил учебник минералогии.
Кафедру палеонтологии в те годы занимал профессор В. И. Мёллер, крупный стратиграф и палеонтолог, под руководством которого Ф. Н. Чернышев начал работать после окончания института на Урале. В. И. Мёллером был составлен первый литографированный курс палеонтологии, служивший учебным пособием для студентов вплоть до конца XIX в. В. И. Мёллер был специалистом по палеонтологии и стратиграфии каменноугольных и пермских отложений Урала и Европейской России и внес значительный вклад в разработку научного подхода к геологическому картированию территории нашей страны. Первым из русских геологов он был включен на сессии Международного геологического конгресса в Болонье в состав комиссии по подготовке Международной геологической карты Европы. Позднее он был избран членом-корреспондентом Академии наук, а в 1893—1900 гг. был директором Горного института. В. И. Мёллер первым заметил способности Ф. Н. Чернышева в палеонтологии, развившиеся в практической работе на Урале. Вместе с А. П. Карпинским он рекомендовал к печати его первую монографию.