Материнские уроки не прошли даром — в школе, куда мальчика отдали в 12-летнем возрасте, он был одним из самых смышленых, и поражал учителей своим умением схватить суть предмета с самого начала, не дожидаясь разжевывания. Они же и посоветовали Марку Антонию отдать сына в Болонский университет. В возрасте 17 лет он стал студентом…
Ему повезло — профессором философии в то время был Франческо Натали, буквально влюбленный в Аристотеля. Пришлось и юному Мальпиги «грызть гранит» аристотелевской философии. На это ушло четыре года.
Возможно, Марчелло продолжал бы корпеть над Аристотелем и дальше, но тут пришел «черный» 1649 год. Сначала неожиданно умер отец, буквально на считанные дни пережила его супруга, и, наконец, не выдержав смерти двух самых близких людей, скончалась и мать отца. Мальпиги пришлось оставить на время учебу и вернуться в отчий дом. Осиротевшими остались четыре младших брата и три сестры, нужно было срочно приводить в порядок дела, разобравшись, каким образом поднимать младших. На помощь Марчелло пришел брат отца, вдвоем работа спорилась, а когда до ее завершения осталось всего ничего, дядя отпустил племянника продолжать учебу.
На этот раз Марчелло решил обратиться к метафизике, и по совету своего учителя Натали он занялся медициной. Особенно привлекала его анатомия, преподаватель которой, Бартоломео Массари, был хорошим психологом и сумел увлечь ученика в интересный мир «внутренней жизни»…
За восемь лет, проведенных в Болонском университете, Мальпиги успел не только приобрести разнообразные знания, но и защитить диссертацию на степень доктора медицины. А спустя три года его приняли преподавателем в родной альма-матер, где он читал лекции по медицине. И заодно часто бывал в доме своего коллеги — профессора математики, где помогал другим медикам вскрывать трупы животных. Часто на эти «опыты» приходили герцог Тосканский вместе со своим сыном. Но даже их покровительство не спасло Марчелло от завистников и интриганов. Однажды они чуть было не довели Мальпиги до самоубийства; в конце концов, он понял, что нервы дороже, и отпросился у герцога в Пизу.
Но и здесь ему не было счастья. Во многом из-за того, что его родной брат Бартоломео постоянно судился с соседями, которые время от времени отщипывали земельные участки от владения Мальпиги, и профессору приходилось приезжать в Кревалькоре, чтобы распутывать этот клубок противоречий. Но вот в 1659 году темпераментный Бартоломео подкараулил соседа на темной улице, и решил расставить все точки над «ять». Поскольку оба участника разборки были изрядно подшофе, выяснение отношений зашло в тупик. Исчерпав последние аргументы, Бартоломео выхватил нож и нанес сопернику смертельный удар…
Его приговорили к смертной казни, и только вмешательство старшего брата, который обратился к герцогу, спасло преступника от столь сурового наказания. А пока шла тяжба, Марчелло сумел упросить Фердинанда II разрешить ему вернуться в Болонью.
Как в такой ситуации Мальпиги удавалось еще заниматься наукой — одному богу известно. Но именно в этот непростой для себя период он очень плодотворно работал. И венцом этого стало описание сети капиллярных сосудов, соединяющих артерии с венами, а также доказательство того, что кровь движется из артерий в вены, а оттуда — к сердцу. При этом он пользовался микроскопом с 180-кратным увеличением, в отличие от Левенгука, чей микроскоп был гораздо мощнее, обеспечивая увеличение до 300 раз.
Это научное открытие имело широкий резонанс. Во всяком случае, уже в следующем году Мальпиги пригласили профессором в Мессинский университет. Он снова покинул Болонью (на этот раз на четыре года).
В Мессине Мальпиги занялся ботаникой. Он подробно описал микроструктуру листьев, стебля, корней, почек, цветков. Открыл сосудистые элементы стебля, установил наличие восходящего и нисходящего токов веществ в растениях. Другие ботанические работы были посвящены внешней анатомии растений — органов их размножения, листьев.
В 1666 году он в очередной раз вернулся в Болонью и занялся изучением почечных канальцев и мочеобразованием, сформулировал первые представления о мочеобразовании. Именем Мальпиги, в частности, были названы многие открытые им органы и структуры: мальпигиевы тельца (в почках и селезенке), мальпигиев слой (в коже), мальпигиевы сосуды.
Мальпиги считается основателем анатомии беспозвоночных. «Трактат о тутовом шелкопряде» — первая в этом роде работа. За нее Мальпиги был избран членом Лондонского королевского общества. Чуть позже он написал двухтомный труд «Анатомия растений» (1675−1679).
Но это не ограждало профессора от врагов. В 1684 году они подожгли его дом в Болонье, пока Мальпиги находился на вилле в Кортичелли. Огонь уничтожил значительную часть его имущества, микроскопы и большое количество рукописей, содержавших ценные научные материалы. А спустя пять лет его научный недруг Сбаралья нанял шайку головорезов, которые ворвались на виллу Мальпиги в Кортичелли. Всю обстановку внутри дома уничтожили, лабораторию разбили вдребезги, а научные приборы и материалы предали огню. Они рассчитывали сжечь в огне и самого Марчелло, но, по счастью, он в этот день задержался в Болонье…
Это был последний удар. Мальпиги решил не возвращаться к научной работе, а принял приглашение стать лейб-медиком папы Иннокентия XII в Риме и одновременно профессором Папского колледжа. Но здоровье его самого оказалось сильно подорвано. Мальпиги мучила подагра, а 25 июля 1694 года у него случился апоплексический удар. Но он оправился от него и начал работать, когда вдруг скончалась жена. 29 ноября последовал второй инсульт, от которого он так и не смог прийти в себя, скончавшись на следующий день…
Тело, согласно завещанию, было предано земле в Болонье. В честь Мальпиги в Болонье была выбита медаль, в университете поставлена его статуя и рядом, словно в насмешку, статуя его врага доктора Сбаралья.