Завершив свое естественнонаучное образование, Н. Н. Миклухо-Маклай отдался изучению широчайших научных проблем, посвященных происхождению жизни, развитию видов, законам эволюции органического мира. Вместе с Э. Геккелем, ассистентом которого он стал в 1866 г., он совершил свое первое путешествие на Канарские острова. Здесь он занимался анатомией губок и изучением мозга хрящевых рыб. Возвратившись из экспедиции в 1867 г., Н. Н. Миклухо-Маклай вел сравнительно-анатомические работы в Мессине, куда отправился с доктором Дорном, пропагандистом организации морских зоологических станций.

В 1869 г. Н. Н. Миклухо-Маклай совершил поездку по берегам Красного моря.