Đại học Marburg nằm trong số những trường đại học quan trọng nhất ở châu Âu hồi thế kỷ 18 vì nhà triết học lừng danh của phong trào Khai sáng Đức, Christian Wolff, công tác ở đó. Lomonosov trở thành một trong những học trò của Wolff trong thời gian từ tháng 11 năm 1736 đến tháng 7 năm 1739. Mối liên hệ với Christian Wolff, cả về mặt triết học lẫn với tư cách nhà quản trị khoa học, sẽ trở thành yếu tố có sức ảnh hưởng mạnh mẽ nhất tới cuộc đời Lomonosov. Trong giai đoạn 1739-1740, ông nghiên cứu khoáng vật học, luyện kim và khai khoáng tại phòng thí nghiệm của Bergrat Johann Friedrich Henckel' ở Freiberd. Tại đó, Lomonosov nâng cao kiến thức về văn học Đức.

Lomonosov nhanh chóng thành thạo tiếng Đức. Cùng với triết học, ông nghiêm túc nghiên cứu hóa học, tìm hiểu các tác phẩm của nhà thần học và nhà triết học tự nhiên người Ai-len Robert Boyle, và thậm chí bắt đầu thử làm thơ. Lomonosov cũng hình thành mối quan tâm với văn học Đức. Người ta đồn rằng ông đặc biệt ngưỡng mộ Günther. Bài thơ về việc giành lại Khotin từ tay quân Thổ, sáng tác năm 1739, nhận được nhiều sự chú ý từ Saint Petersburg. Ngược với niềm ngưỡng mộ dành cho Wolff, Lomonosov tranh luận dữ dội với Henckel về các khóa đào tạo mà ông cùng hai sinh viên đồng hương đang theo học tại Freiberg, cũng như về sự hỗ trợ tài chính rất hạn hẹp mà Henckel có trách nhiệm phải cung cấp cho người Nga, sau khi họ tạo ra cả đống nợ nần ở Marburg. Kết quả là, Lomonosov rời Freiberg khi chưa nhận được sự cho phép nào. Ông lang thang qua Đức, Hà Lan và cố gắng xin phái viên Nga giấy phép quay trở lại Học viện St Peterburg song bất thành.

Trong thời gian ở Marburg, Lomonosov ở trọ nhà bà Catharina Zilch, vợ một người ủ bia quá cố. Ông nảy sinh tình cảm với con gái Elizabeth Christine Zilch của bà Catharina. Họ kết hôn tháng 6 năm 1740. Lomonosov nhận ra không thể nuôi gia đình với đồng trợ cấp eo hẹp, lúc có lúc không nhận được từ Học viện Khoa học Nga. Khi tình hình trở nên tuyệt vọng, ông kiên quyết xin được giấy phép trở về Saint Petersburg.