Nadano mu (wraz z rodziną) obywatelstwo kantonu berneńskiego.
Ostatnie 10 lat życia spędził prowadząc badania naukowe w Cesarskiej Wojskowej Akademii Medycznej w Petersburgu. Kontynuował tam pracę nad chemią soków żołądkowych z Iwanem Pawłowem. Zlecono mu badania dotyczące zwalczania cholery. W 1895 r. walczył z epidemią księgosuszu.
Znał osiem języków, opublikował w różnych językach 174 prace. Żałował jednak swej decyzji przeniesienia się do Rosji, nie czuł się tam dobrze, utrzymywał kontakty z Polakami. W 1897 roku, na jubileusz 25-lecia pracy naukowej przyznano mu rangę generała. Nencki prosił o prawo nienoszenia munduru. Ożenił się 30 sierpnia 1873 roku z Marią Heleną Schultzen, miał z nią syna – lekarza. Wakacje spędzał w Boczkach. Hodowano tam dla niego pawie dla celów naukowych.
Badając chemizm bakterii, odkrył m.in. bakterie zdolne do życia w atmosferze beztlenowej. Wynalazł także nowy środek leczniczy nazwany salolem (salicylan fenylu).
Był członkiem honorowym Poznańskiego Towarzystwa Przyjaciół NaukBolesław Erzepki, Spis członków Towarzystwa Przyjaciół Nauk w Poznaniu, Poznań 1896, s. 3.. W 1900 r. został uhonorowany godnością doktora honoris causa Uniwersytetu Jagiellońskiego.
Zmarł 14 października 1901 roku w Petersburgu.