В 1849 году Бутлеров окончил Казанский университет.
По представлению профессора Клауса он был оставлен при университете для приготовления к профессорскому званию. «Факультет совершенно уверен, – говорилось в соответствующем постановлении, – что Бутлеров своими познаниями сделает честь университету и заслужит известность в ученом мире, если обстоятельства будут благоприятствовать его ученому призванию».
Как это ни странно, университетскую деятельность Бутлеров начал с чтения лекций по физике и физической географии. Впрочем и степень кандидата он получил за работу о бабочках Волги и Урала. Правда, скоро Бутлеров начал читать лекций и по неорганической химии – для студентов естественников и математиков.
Магистерскую диссертацию Бутлеров защитил в феврале 1851 года. Она называлась «Об окислении органических соединений» и представляла, по словам самого Бутлерова «…собрание всех доселе известных фактов окисления органических тел и опыт их систематизирования». Но уже в этой работе Бутлеров пророчески заявил: «…Оглянувшись назад, нельзя не удивляться, какой огромный шаг сделала органическая химия в короткое время своего существования. Несравненно больше, однако же, предстоит ей впереди и будет, наконец, время, когда мало помалу откроются и определятся истинные, точные законы… и тела займут свои естественные места в химической системе. Тогда химик по некоторым известным свойствам данного тела, зная общие условия известных превращений, предскажет наперед и без ошибки явление тех или иных продуктов и заранее определит не только состав, но и свойства их».
В 1851 году Бутлеров был избран адъюнктом по кафедре химии, а в следующем году выполнил экспериментальную работу «О действии осмиевой кислоты на органические соединения».
В 1854 году он защитил в МГУ докторскую диссертацию «Об эфирных маслах». Сразу после защиты он поехал в Петербург – повидаться со своим учителем Н. Н. Зининым, к тому времени перебравшимся в столицу. «…Непродолжительных бесед с Н. Н. Зининым в это мое пребывание в Петербурге, – писал позже Бутлеров, – было достаточно, чтобы время это стало эпохой в моем научном развитии».
В 1857 году Бутлеров получил место ординарного профессора Казанского университета. Студенты относились к молодому профессору с интересом. Известный писатель Боборыкин, учившийся у Бутлерова, вспоминал:
«В лаборатории, в течение целого курса, присмотрелись мы к А. М. и сошлись с ним. Месяца через два-три отношения сделались самые простые, однако без того панибратства, какое стало заводиться впоследствии. В А. М. всегда чувствовался необыкновенный такт, не допускавший ни его самого, ни его ученика ни до чего банального или слишком бесцеремонного…
Учеников он совсем не муштровал, не вмешивался в их работы, предоставлял им полную свободу, но на всякий вопрос откликался с неизменной внимательностью и добродушием. Он любил поболтать с нами, говорил о замыслах своих работ, шутил,