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.