В 1850 17-летний Бородин экстерном сдает экзамены за гимназический курс и поступает в Петербургскую медико-хирургическую академию. Именно в эти годы определяются две главные страсти Александра: химия и музыка.
Интерес к химии проявлялся у Бородина еще в детские годы. Его братья (а их было два, но рожденных матерью уже в замужестве) вспоминают, что Александр вечно ставил какие-то опыты, нередко пугал их взрывами. Но особенно увлекли и восхитили его лекции великого химика Н. Н. Зинина, который преподавал в их академии. Николай Николаевич тоже быстро обратил внимание на талантливого студента. Правда тут же начал пенять ему за увлечение музыкой: «Господин Бородин, я собираюсь сделать из вас своего преемника, а вы все романсиками балуетесь». Но и без музыки Александр уже жить не мог.
У Зинина были все основания ревновать своего ученика. Николай Николаевич предоставил в пользование Бородина академическую лабораторию, куда допускались лишь немногие. Но заходя в лабораторию, Зинин все чаще убеждался, что Александра нет на месте. Бородин с виолончелью на спине и флейтой в руках в это время шагал пешком через весь город — с Выборгской стороны в Коломну, чтобы на квартире у своего приятеля Миши Щиглева поиграть ансамбли — трио, квартеты. Щиглев вспоминает, как однажды ночью, в кромешной мгле они возвращались после такого музыкального вечера у общего знакомого. Бородин оступился и полетел в подвал лавки. Друг забеспокоился, но неожиданно из подвала раздались звуки флейты — это Бородин проверял, не сломал ли он при падении инструмент.
К годам учебы относятся и первые серьезные произведения, созданные Бородиным: несколько романсов, камерных ансамблей, фортепианных пьес.
Один из бородинских шедевров — романс «Для берегов отчизны дальной». Мое мнение — такого проникновения в пушкинские стихи — голова в голову, не достиг ни один композитор.
Своим чередом шли и занятия наукой. Еще в студенческие годы Зинин сделал Бородина своим ассистентом. В это время Александр Порфирьевич выдвинул несколько интересных идей, связанных с органической химией. Правда, идеи в академии выдвигались самые разные. Во время эпидемии холеры, например, в академию было представлено сочинение, в котором доказывалось, что холеру вызвали, с одной стороны, политические события в Европе, а с другой — влияние на нервную систему людей какого-то необычного сочетания Луны и Марса. Читатель, вам это ничего не напоминает?
Кроме занятий химией, Бородин очень основательно изучал медицину. По окончании академии в марте 1856 года он начал работать врачом-ординатором Второго военно-сухопутного госпиталя. В марте 1858-го стал доктором медицинских наук, защитив диссертацию с темой на стыке химии и медицины — «Об аналогии мышьяковой кислоты с фосфорною в химическом и токсикологическом отношениях». Лето того же года Бородин провёл в Солигаличе Костромской губернии, где изучал состав минеральных вод местной водолечебницы. Результаты изучения, опубликованные им в 1859 году в газете «Московские ведомости», а затем переизданные в виде отдельной книги, послужили открытию лечебного курорта, который существует поныне.
В октябре 1856 г. Бородин впервые встретился с Мусоргским, который был шестью годами моложе. Вот как он сам об этом рассказывает:
Я был свежеиспеченным медиком, и будучи дежурным врачом госпиталя, встретился с дежурным офицером, только что вылупившимся из яйца подпоручиком Лейб-гвардии Преображенского полка Модестом Мусоргским. Комната была общая, скучно было на дежурстве; экспансивны были мы оба и очень скоро сошлись.
Мусоргский был в то время совсем мальчонком, очень изящным, точно нарисованным офицериком: мундирчик с иголочки, ножки точно у балерины, волоса приглажены и припомажены, ногти выточенные, руки холеные. Манеры изящные, аристократические, разговор такой же, немного сквозь зубы и больше по-французски. Некоторый оттенок фатоватости, но очень умеренный. Вежливость и благовопитанность — необычайная. Дамы ухаживали за ним, и, когда он, грациозно и кокетливо вскидывая ручками, играл на фортепиано, кругом его жужжали хором: «Charmant! Délicieux!».
Не правда ли, мало напоминает знакомый нам портрет Мусоргского.
В сентябре 1860 года Бородин вместе с Н. Н. Зининым и Д. И. Менделеевым был приглашен на знаменитый международный съезд химиков в Карлсруэ. В 1861 году в Гейдельберге Бородин разработал способ получения бромзамещённых кислот и открыл реакцию, известную ныне как реакция Бородина — Хунсдиккера. Там же он познакомился с находившейся в Германии на лечении Екатериной Протопоповой, которая впоследствии станет его женой. Молодая пианистка поразила его музыкальностью и, особенно, абсолютным слухом, которым Александр Порфирьевич неизменно восторгался. Она была очень милой девушкой, к тому же поклонницей Шопена и Шумана, устраивала любительские концерты новой (романтической) камерной музыки. Свежие музыкальные впечатления стимулировали интерес Бородина к композиции — появились его виолончельная соната на тему И. С. Баха, струнное трио и струнный секстет, скерцо для фортепиано в четыре руки, несколько романсов.