Nel 1875 si recò a Strasburgo per un viaggio di studio presso il locale istituto anatomopatologico in cui completò la propria preparazione con gli insegnamenti teorici e tecnici nel campo della scienza batteriologica e in quello dell'istologia patologica. Dopo essere tornato a Roma per conseguire l'attestato per la libera docenza, Marchiafava ripartì per la Germania nel 1881 alla volta di Berlino con l'intento di seguire gli studi di Robert Koch sulla tubercolosi.