Il giovane Lombroso studia presso la facoltà di medicina e chirurgia dell'Università di Torino sotto la direzione dapprima di Cesare Sacerdotti e poi di Benedetto Morpurgo, laureandosi nel 1903. Dal 1905 si specializza presso l'istituto di fisiologia sperimentale dell'Università di Roma, diretto da Luigi Luciani, iniziando una rapida carriera. Nel 1908 è il primo a pubblicare che un fattore lipolitico pancreatico è responsabile nell'ossidazione metabolica dei lipidi.