Прилежный и даровитый от природы, Бёттгер с жаром принялся за учебу. Весь день он работал в аптекарской лавке на Ноймаркте, а вечерами допоздна засиживался над книгами. Другие ученики смеялись над его усердием, но жажда знаний была сильнее насмешек. Страсть к химии вскоре свела юношу с ведущими берлинскими учеными, в том числе с престарелым Иоганном Кункелем. В 1670-х годах Кункель был алхимиком при саксонском дворе, на свою беду он убедил курфюрста, что умеет получать золото из низких металлов, и тот отказался платить ему жалование: зачем деньги человеку, который может делать их сам? Кункель понимал, что алчные придворные, жаждущие выведать секрет, вот-вот добьются его ареста, и бежал в Виттенбергский университет. Оттуда ученого выманил в Пруссию Фридрих Вильгельм, курфюрст Бранденбургский, пообещавший ему достойное жалование и титул придворного аптекаря-алхимика.
Кункель интересовался алхимией в самом широком смысле и в ходе своих исследований открыл рецепт изготовления рубинового стекла. Талантливый юноша сразу пришелся ему по душе. Бёттгер старательно проштудировал научный труд Кункеля, «Полное искусство стекловарения», где излагались подробнейшие сведения о производстве стекла, глазурей и керамики. Старый придворный взял юношу под свое покровительство: приглашал к себе в загородную усадьбу, поощрял его растущий интерес к аналитическим опытам. Научные открытия, по мнению Кункеля, рождаются из экспериментов — этим-то путем Бёттгеру и надлежит следовать.
Однако чем глубже Бёттгер узнавал химию, тем сильнее увлекала его идея философского камня. Еще больше он поверил в нее, когда познакомился с таинственным греческим монахом по имени Ласкарис, который утверждал, что владеет секретом трансмутации. Бёттгер поддерживал тесную дружбу с Ласкарисом, и в конце концов тот подарил ему немного загадочного порошка, который называл философским камнем.
Теперь у Бёттгера была желанная субстанция и несколько туманных указаний, как ее производить. Не сомневаясь, что близок к открытию, он приступил к собственным опытам по трансмутации. Первые эксперименты проводились в лаборатории Цорна ночью, пока остальные ученики спали или развлекались. Однако вскоре Цорн узнал, чем занимается Бёттгер, и строго запретил тому продолжать опыты, в недвусмысленных выражениях объяснив, чем чреват этот путь. Алхимики много столетий безуспешно искали философский камень, и тех, кто хвастал умениями, которыми на самом деле не обладал, сурово наказывали. Бёттгер понапрасну тратит время; лучше бы ему озаботиться надежной профессией на будущее и вплотную засесть за изготовление лекарств.
Выговор не убедил Бёттгера: ему было куда интереснее заниматься алхимией, чем растирать порошки для пилюль. При помощи друзей и покровителей (в том числе местного бакалейщика Рёбера, финансировавшего часть его исследований) он тайно продолжал эксперименты в других местах и несколько раз убегал от хозяина. Обычно юноша пропадал две-три недели, потом возвращался, голодный и полный раскаяния, и молил взять его обратно. И каждый раз он клялся, что с алхимическими опытами покончено навсегда.
На пятом году жизни у Цорна, в 1701-м, девятнадцатилетний Бёттгер начал проводить тайные демонстрации для узкого круга друзей, которых убедил, что может превращать различные металлы в небольшое количество золота. Все участники собраний должны были поклясться, что сохранят увиденное в секрете, однако опыты Бёттгера так их потрясали, что многие вскоре пробалтывались. Поползли слухи. Теперь Бётггер мог собирать средства на все более впечатляющие эксперименты просто под обещание вернуть в несколько раз больше, как только он научится производить золото в серьезных количествах.
К этому времени юноша убедил даже самого себя, что разгадал великий секрет алхимиков. Он послал матери денег и написал, что она больше никогда не будет голодать. В том же письме содержалась просьба: приехать в Берлин и уговорить Цорна, чтобы тот отпустил ученика раньше срока. Фрау Тиман поверила сыну и убедила Цорна, что Иоганн Фридрих готов стать подмастерьем (это звание было средним между учеником и мастером; оно позволяло работать по найму, но не позволяло открыть собственное дело и брать на службу других людей). Несмотря на упрямый характер Бёттгера, его нетерпимость к критике и роковое увлечение алхимией, аптекарь и ученик пока друг другу доверяли. Впрочем, это продолжалось недолго.