Dopo la celebrazione delle nozze, i due si dedicarono per un periodo alla ricerca, a Francoforte, in Germania, presso l'Istituto neurologico di Ludwig Edinger che al tempo attirava studiosi di tutta Europa. Al ritorno in Italia, Gustavo Modena viene nominato direttore del manicomio e Giulia Bonarelli poté completare i suoi studi universitari, laureandosi a pieni voti nel 1916, con una tesi sperimentale dal titolo: ""Influenza dell'alimentazione a riso brillato sul sistema nervoso". Poco dopo i coniugi partirono per Parigi, dove la Bonarelli iniziò a lavorare presso la clinica neurologica di Pierre Marie nella quale apprese le nuove tecniche di elettrodiagnosi ed elettroterapia.