Поместий у семьи не было, жили на заработок отца. В 1857 году Николай Ильич умер, оставив жену с пятью детьми. Старшему, Сергею, — двенадцать лет, Николаю — одиннадцать, Ольге — восемь, Владимиру — четыре, Михаилу полтора года.

Мать Екатерина Семеновна была женщиной редких душевных качеств. Ее отец, выйдя в чине подполковника в отставку, служил врачом в московской больнице для чернорабочих и дружил с Федором Петровичем Гаазом знаменитым доктором Гаазом.

Судя по всему, нравственные устои в семье в немалой степени сложились под влиянием чудаковатого доктора.

Младший сын Михаил годы спустя вспоминал: "Мать в юности знала некоторых членов кружка Герцена, в 40-х гг. в Москве, по ее рассказам, кажется, Кетчер (если память мне не изменяет) приносил ей книги тайком от родителей. Она знала д-ра Гааза, этого гуманного деятеля, облегчавшего участь ссылаемым в Сибирь, она потом рассказывала о его оригинальном костюме и его деятельности".

О докторе Гаазе написано немало: врач московской пересыльной тюрьмы, бескорыстный лекарь бедноты, бесстрашный защитник униженных и бесправных.

"У Гааза — нет отказа", — сложилась в то время поговорка.

После его смерти почитатели опубликовали своеобразное духовное завещание доктора — обращение к русским женщинам.

"Торопитесь делать добро!" — было его девизом.

Личное общение с доктором Гаазом не могло не наложить глубокий отпечаток на всю жизнь Екатерины Семеновны. Наверное, эти слова не раз слышали и дети: "Побеждайте зло добром… Торопитесь делать добро!"

Брат Михаил писал позднее, что Николай Николаевич впитал "с молоком матери… идеи справедливости и гуманности… идеи шестидесятых годов". "Гимназии Н. Н. не удалось кончить вследствие его влияния на товарищей и любви заводить с учителями разговоры на политические темы", — вспоминал Михаил Николаевич.

В 1863 году будущий великий путешественник поступил вольнослушателем на физико-математический факультет Петербургского университета, но уже полгода спустя был и оттуда исключен "без права поступления в другие русские университеты".

С большим трудом удалось добиться разрешения на выезд за границу, чтобы продолжить образование. Он уже знал, чего хочет; в записной книжке за 1863 год список прочитанных книг: К. Фогт. "Естественная теория мироздания", И. М. Сеченов. "Рефлексы головного мозга", А. Н. Бекетов. "Обновление и превращение в мире растений"…

Два семестра Николай Николаевич слушал лекции на философском факультете в Гейдельбергском университете. Потом перебрался в Лейпциг и, наконец, в Йену, где поступил на медицинский факультет.

Жилось все эти годы трудно. В июне 1864 года он пишет Екатерине Семеновне: "За май месяц… всего на квартиру и на мое содержание я издержал 12 р. На платье я ничего не издержал, благо что вы… снабдили меня изрядным количеством черных ниток…" В сентябре: "С тех пор как я за границею, я решительно ничего не покупал, не делал относительно моего гардероба… Мой черный сюртук почти совсем разлезается; оказывается, что, зашивая какую-нибудь дыру, нитка крепче сукна, и зашивать — это увеличивать дыру". Даже письма домой он зачастую вынужден посылать без марок: "Не франкирую, потому что более недели у меня нет ни гроша".

Мать далеко не всегда могла помочь деньгами, и Николай Николаевич подрабатывал граверными работами, благо хорошо рисовал.

Однако, несмотря на постоянную нужду, узнав о гражданской казни Н. Г. Чернышевского, о высылке его в Сибирь, Николай Николаевич решается послать ссыльному хотя бы немного заработанных денег. Мать в письме умоляет: "Деньги для Чернышевского можешь выслать, когда хочешь, да все же нужно быть осмотрительным по возможности".

Все эти годы, да и всю последующую жизнь, Миклухо-Маклай, по его собственным словам, "работал как вол". От постоянной работы с микроскопом глаза настолько переутомлялись, что он был вынужден иногда за деньги приглашать людей, которые читали ему вслух. Он даже пролежал два месяца в йенской клинике, получив в результате переутомления легкий паралич левой стороны лица.

В Йене Николай Николаевич слушал лекции известного биолога Эрнста Геккеля, и в 1866 — 1867 годах вместе с ним отправился на Канарские острова, где занимался анатомией губок, изучал мозг хрящевых рыб. Затем Миклухо-Маклай работал в зоологических музеях Дании, Норвегии, Швеции, Франции. А после окончания университета уехал на Сицилию, в Мессину.

В марте 1869 года Николай Николаевич впервые отправляется в самостоятельное путешествие.

"Красное море совсем почти не исследовано с зоологической стороны, и притом по своему положению оно принадлежит к самым интересным касательно фауны. Я положительно знаю, что ни один из зоологов не отправится сюда, и поэтому я решился сделать что могу для исследования некоторых меня особенно интересующих сторон фауны".

Мать сумела выслать ему только около трехсот рублей — явно недостаточно. Но это совсем не смущает Николая Николаевича. Уже заканчивая свое путешествие, он писал сестре: "Я знал, что денег моих не хватит мне. Здесь, как и везде, есть добрые люди, которые готовы и за честь считают помочь ученому… И действительно, не имея более ни гроша, я занял у одного французского негоцианта… 200 франков, чтобы добраться до Суэца. Там я имею в запасе другого знакомого, который поможет мне доехать до Александрии; там же живет русский агент… некий Пашков, который обещал меня даром доставить в Константинополь, а оттуда шаг — и я в Одессе".