I 1819 ble Liebig med sin fars hjelp tatt opp på kjemistudiet ved universitetet i Bonn hos professor Karl Wilhelm Gottlob Kastner. Professoren oppdaget raskt den unge mannens talent og brukte ham som assistent i sitt laboratorium. Da Kastner i 1821 fikk ansettelse ved universitetet i Erlangen, fulgte Liebig med og innledet der arbeidet på sin doktoravhandling, . I 1822 deltok Liebig sammen med andre studenter i demonstrasjoner mot makthaverne. Han ble ettersøkt av politiet og måtte flykte hjem. Hans lærer, professor Kastner, fikk dog kort etter rosende omtale hos Ludwig 1. av Hessen-Darmstadt ordnet det slik at storhertugen ga Liebig et stipend til studier ved Sorbonne i Paris, som den gang var sentrum for kjemisk forskning. Her mottok han datidens mest moderne kjemiundervisning hos professorene Joseph Louis Gay-Lussac, Thénard und Vauquelin.