1859 йылдың апрель аҙағында Сеченов Венанан Гейдельбергка күсә, бында бер үк ваҡытта ике лабораторияла эшләй: Гейдельберг университеты профессоры Р. В. Бунзен газдар һәм алкалиметрия анализдары менән шөғөлләнә, органик химия курсын тыңлай, ә Г. Л. Гельмгольц лабораторияһында дүрт мөһим тикшереү үткәрә: гиҙеүсе нерв ҡуҙғыуының йөрәккә йоғонтоһо, физиологик оптика буйынса тикшеренеүҙәр, тәлмәрйен мускулдарының ҡыҫҡарыу тиҙлеген өйрәнеү, үҙенең һурғысы ярҙамында һөттә булған газдарҙы тикшереү.. Гейдельбергта ул Шиллерҙың 100 йыллығын билдәләгәнде күрә, хоҡуҡ белгесе Б. Н. Чичерин (Мәскәү университетын тамамлаусы) менән таныша һәм химик Д. И. Менделеев һәм А. П. Бородин менән аралаша. Сеченов хәтирәләре буйынса, Менделеевтың фатирында И. А. Гончаровтың яңы «Обрыв» романы уҡыла. Ә Бородин фатирындағы пианинола уйнап, үҙенең етди музыкант икәнен белдермәйсә, популяр йырҙар һәм опера арияларын яттан нотаһыҙ башҡарып, тамашасыларҙы ғәжәпләндерә.