Dopo aver terminato la scuola superiore, Willem Einthoven proseguì i suoi studi medici ad Utrecht, dove eminenti scienziati seppero catturare il suo interesse, sebbene non sempre con la sua approvazione. Einthoven conseguì il dottorato in medicina nel 1885 e nello stesso anno la cattedra di fisiologia a Leida restò vuota.. Dopo un primo rifiuto da parte di un assistente di laboratorio, la cattedra fu offerta ad Einthoven e nel 1886, all'età di soli 25 anni, ricevette ufficialmente la nomina universitaria. Probabilmente Einthoven deve la sua precoce nomina all'influenza di Franciscus Donders la cui opinione aveva sicuramente un gran peso nel mondo accademico. Due mesi dopo il suo discorso inaugurale Einthoven sposò sua cugina Louise de Vogel. Da questo matrimonio nacquero quattro figli di cui un maschio, il quale collaborerà col padre al progetto del radiotelegrafo. Come nelle altre università, la fisiologia - così come l'istologia - Leida era figlia dell'anatomia. Einthoven, non avendo mai ricevuto nozioni istologiche, dovette acquisire in modo autonomo le competenze necessarie per poter assolvere in modo adeguato il suo ruolo. Fu proprio grazie alla sua autoformazione che acquisì ottime basi anche sulle strutture microscopiche, che si riveleranno utili ai fini delle sue scoperte.