Nel 1892 fu accolto come interno presso l'Istituto di Anatomia Patologica di Alessandro Lustig, microbiologo di origine triestina, per restarvi fino al 1895, anno in cui conseguì la laurea. In questo periodo Levi iniziò a pubblicare i suoi primi lavori sperimentali: collaborando con Gino Galeotti, allievo di Lustig e suo caro amico, si occupò della rigenerazione delle fibre muscolari e nervose; condusse inoltre uno studio sull'effetto dei sali sul tessuto renale.