19 августа он подает прошение о зачислении его в число студентов Медико-хирургической академии и с 19 сентября слушает лекции, затем начинает работать в лаборатории И. М. Сеченова. Отец физиологии обращает внимание на хорошо подготовленного студента и допускает его к проведению самостоятельных работ. Тарханов-студент выступает с докладом на 1-м съезде естествоиспытателей «О механизме координации движений в акте ползания и искания» (1868 г). Эта работа напечатана в трудах съезда и в «Медицинском вестнике» под заглавием «Исследование механизма координации движений в акте ходьбы и скачков у лягушки». В 1869 году Тарханов, уже заканчивая блестяще Академию, печатает еще четыре работы. 3 октября 1870 года Тарханов сдает экзамены на степень доктора медицины, а 2 июня 1871 года защищает диссертацию, после чего едет в отпуск в Тифлис, чтобы устроить семейные дела после смерти своего отца.
Окончив Военно-медицинскую академию, Тарханов по конкурсу попал с 1 января 1871 года в Институт врачей, возглавляемый профессором И. Т. Глебовым, который был организован для подготовки врачей к научной работе. Незадолго до этого И. М. Сеченов, оскорбленный тем, что не проходит кандидатура И. И. Мечникова, выдвинутая им на кафедру зоологии, покидает Военно-медицинскую академию и уезжает в 1870 году в Одессу. Уход с кафедры Сеченова был для Тарханова большой утратой. Заместитель Сеченова, Заворыкин, из-за которого, собственно, Сеченов и ушел, не в состоянии, будучи гистологом, руководить физиологическими работами; Тарханов, естественно, не мог как ученик Сеченова пользоваться симпатией Заворыкина. В 1872 году кафедра физиологии, временно занимаемая Заворыкиным, передается И. Ф. Циону. В лаборатории Циона Тарханов в 1873 году выполняет две работы. Цион оценил способности Тарханова и представил его к заграничной командировке на два года, с 1 июня 1873 по 1 сентября 1875 года.
За этот сравнительно короткий промежуток времени Тарханов, готовясь к профессорской деятельности, посетил почти все столицы Европы, знакомясь с постановкой учебного процесса, системами преподавания, устройством различных лабораторий, имевших соприкосновение с физиологией. Он побывал в Вене, Берлине, Лондоне, Оксфорде, Брюсселе, Женеве, Цюрихе, Турине; работал в Страсбурге и Париже. В Страсбурге в то время кафедрами заведовали такие крупные ученые, как Э. Ф. Гоппе-Зейлер, Ф. Л. Гольц и Ф. Реклингаузен. В Париже он бывал только в своей комнате, в которой спал, и в лаборатории, в которой работал; это позволило ему опубликовать 11 работ по общей биологии, гистологии, физиологии крови, лимфы, блуждающего нерва. Кроме лаборатории и лекций К. Бернара он посещал лекции Шарко. Работа о лейкоцитах в крови сосудов селезенки напечатана в 5 журналах, некоторые — в трудах институтов. Все эти работы создали громкую славу молодому ученому. На мемориальной доске учеников Бернара имя Тарханова занимает одно из первых мест… далее
М.С. Шойфет, «Сто великих врачей»