Zainteresowania jego znów skierowały się ku sprawom naukowym. Wielkie wrażenie zrobili na nim znakomici uczeni, których miał okazję widzieć podczas sesji Akademii Francuskiej. Brali w niej udział m.in. Ampère, Arago, Biot, Gay-Lussac, Geoffroy St. Hilaire, Poisson i Thénard. Odsunąwszy się od polityki (pozostał tylko przy działalności charytatywnej) począł uczęszczać na kursy do Sorbony, Collège de France, do Ogrodu Botanicznego i do Konserwatorium Sztuk i Rzemiosł. Słuchał wykładów uczonych, których nazwiska zapisały się na trwałe w historii nauki. Spośród nich Élie de Beaumont doradził mu, aby poświęcił się studiom górniczym i w tym celu zapisał się do Szkoły Górniczej (École des Mines).
W początkach 1837 Domeyko ukończył studia górnicze i podjął pracę w Alzacji, gdzie poszukiwał złóż rud żelaza dla mającej powstać huty. Tam też zastał go list od profesora Armanda Dufrénoy, mineraloga z École des Mines. List zawierał propozycję objęcia stanowiska wykładowcy chemii i mineralogii w Coquimbo, w północnym Chile, oferował zwrot kosztów podróży i wysoką pensję. Ignacy Domeyko zgodził się natychmiast.