В 1858 году Военно-медицинский учёный Совет направил Бородина в Солигалич для изучения состава минеральных вод основанной в 1841 году купцом В. А. Кокоревым водолечебницы. Отчёт о работе, опубликованный в газете «Московские ведомости» в 1859 году, стал настоящим научным трудом по бальнеологии, который принёс автору широкую известность.

Заграничная командировка

С 1859 г. Александр Бородин совершенствовал свои познания в области химии за границей — первоначально в Германии (Гейдельбергский университет). В сентябре 1860 г. Бородин наряду с Зининым и Менделеевым (первый был его учителем, второй — другом) участвовал в знаменитом международном конгрессе химиков в Карлсруэ. Здесь даны были чёткие определения понятиям «атом» и «молекула» («частица», «корпускула»), что означало окончательное торжество атомо-молекулярной теории строения вещества, а также признаны т. н. «новые» атомные веса, установленные трудами гениального французского химика Жерара (ум. 1856) и его учеников. Осенью 1860 г. Бородин и Менделеев посетили Геную и Рим, преследуя цели чисто туристические, после чего Менделеев вернулся в Гейдельберг, а Бородин уехал в Париж, где провёл зиму. В Париже Бородин занимался серьёзной научной работой, посещал библиотеку, слушал лекции известных учёных.

Весной 1861 г. Бородин вернулся в Гейдельберг. Здесь в мае 1861 г. он познакомился с Екатериной Сергеевной Протопоповой — молодой незамужней женщиной, страдавшей серьёзным хроническим бронхо-лёгочным заболеванием и приехавшей в Германию для лечения. Екатерина Сергеевна оказалась замечательной пианисткой и обладательницей абсолютного музыкального слуха. По её воспоминаниям, Бородин «тогда ещё почти вовсе не знал Шумана, а Шопена разве немного больше». Встреча с новыми музыкальными впечатлениями пробудила интерес Бородина к композиции, который начал было несколько угасать, а Екатерина Сергеевна вскоре стала его невестой. В сентябре её здоровье значительно ухудшилось, и гейдельбергский профессор дал рекомендацию срочно переменить климат — ехать на юг, в Италию, в Пизу. Бородин сопровождал её. После визита к профессору химии Пизанского университета Де-Лука, который встретил русского коллегу «в высшей степени любезно», Бородин получил возможность заниматься в университетской лаборатории, где «предпринял серьёзную работу с фтористыми соединениями». В Гейдельберг он вернулся только летом 1862 года.

Профессор химии

По возвращении в Россию Бородину пришлось временно расстаться со своей невестой, которая осталась у матери в Москве, сам же он поехал в Петербург, где представил отчёт о заграничной командировке и вскоре получил должность адъюнкт-профессора Медико-хирургической академии. Новая должность отнюдь не улучшила материальное положение молодого учёного: жалованье составляло только 700 рублей в год, тогда как прежде, числясь ординатором госпиталя, он получал 900 рублей в год. Кроме того, Бородин долго не мог получить обещанную ему казённую квартиру в новом здании Естественноисторического факультета, где далеки были от завершения отделочные работы. Материальная и бытовая неустроенность побудила Бородина отложить свадьбу, которая состоялась только в апреле 1863 года. Материальные проблемы преследовали семью всю оставшуюся жизнь, вынуждая Бородина много трудиться — преподавать в Лесной академии и заниматься переводами.

С 1864 года Бородин — ординарный профессор, с 1874 года — руководитель химической лаборатории, а с 1877 года — академик Медико-хирургической академии.