Z przybyciem do Berna następuje błyskawiczna kariera naukowa młodego Nenckiego. Już w miesiąc po przyjeździe zostaje docentem bez potrzeby przedkładania rozprawy habilitacyjnej, a w roku następnym otrzymuje tytuł profesora honorowego (bez wynagrodzenia). Jednocześnie podejmuje regularne wykłady dla studentów farmacji, a w jego pracowni rozpoczynają się pierwsze prace doktorskie prowadzone pod jego kierunkiem. W 1876 r. rząd Kantonu Berneńskiego powołuje Nenckiego na stanowisko profesora nadzwyczajnego (z uposażeniem rocznym 2.300 franków szwajcarskich), natomiast rok później mianuje go profesorem zwyczajnym i powierza mu Katedrę Chemii Lekarskiej2). A zatem Marceli Nencki obejmuje to wysokie i jakże prestiżowe stanowisko mając zaledwie 30 lat! W 1884 r. zostaje dziekanem Wydziału Lekarskiego. W 1885 r. jego pracownia otrzymuje nowe locum w nowowybudowanym gmachu Instytutu Patologii na terenie szpitala. W 1888 r. Nencki zostaje powołany dodatkowo na Katedrę Bakteriologii, co pociąga za sobą zwiększone obowiązki dydaktyczne. Mimo to kontynuuje z niezmienionym, a może nawet większym zapałem badania naukowe.

W Bernie Nencki zasłynął jako wspaniały wykładowca. Jego prelekcje, starannie przygotowane, uwzględniały najnowsze osiągnięcia nauki, podane słuchaczom w pasjonujący sposób. Niemniejszą sympatią cieszył się wśród swoich najbliższych współpracowników. Mimo wysokich stawianych im wymagań, był zawsze życzliwie nastawiony. Zespół współpracowników był międzynarodowy, co było zresztą powszechną cechą szwajcarskich uczelni. Niemałą część współpracowników Nenckiego stanowili Polacy, których otaczał szczególną opieką, pamiętając własne losy, gdy jako kilkunastoletni młodzieniec znalazł się na obczyźnie. Zachowały się entuzjastyczne relacje polskich studentów i młodych naukowców z pobytu w pracowni sławnego już wówczas rodaka w Bernie. W pracowni Nenckiego w Bernie kończył również swą pracę doktorską jego brat, Leon.

Nencki był świetnym eksperymentatorem. Większość doświadczeń przeprowadzał własnymi rękoma. Niektóre badania prowadził na własnym organizmie, na przykład wpływ intensywnego wysiłku na metabolizm białek i wydalanie mocznika. Czasem używał do tego, oczywiście za ich zgodą, swoich współpracowników. Na przykład badając produkty metabolizmu i gnicia białek zainteresował się w 1890 r. siarkowymi pochodnymi, a wśród nich metylomerkaptanem (CH3SH). Jest to lotna substancja o nieprzyjemnym zapachu zgniłej kapusty, powstająca między innymi w wyniku beztlenowego bakteryjnego rozkładu białek zawierających siarkowe aminokwasy. W ówczesnym piśmiennictwie ukazało się doniesienie o występowaniu metylomerkaptanu w moczu po spożyciu szparagów. Chcąc uzyskać większe ilości tego związku Nencki poprosił czterech swych współpracowników, by posłużyli mu jako chodzące wytwórnie. Zakupił więc 12 kg szparagów i polecił owym czterem panom, by w ciągu dwóch dni w czasie południowego posiłku w laboratorium nie jedli niczego innego poza szparagami, co najwyżej lekko okraszonymi masłem, popijając obficie herbatą, a przed udaniem się do domów pozostawili wyprodukowany przez siebie cenny związek w przygotowanych na ten cel pojemnikach. Dalej następuje opis oczyszczania metylomerkaptanu przez oddestylowanie go i wiązanie w postaci soli rtęciowej, którą następnie przekształcał Nencki, celem dalszego oczyszczenia, w sól ołowiową.

Poza działalnością badawczą i dydaktyczną bierze Marceli Nencki żywy udział w życiu społeczności naukowej Berna i swej przybranej ojczyzny, Szwajcarii. Znane są jego artykuły i wypowiedzi na temat organizacji nauki w Szwajcarii i utworzenia Szwajcarskiej Akademii Nauk, organizacji opieki zdrowotnej i reformy studiów farmaceutycznych. W 1890 r. zostaje redaktorem międzynarodowego czasopisma naukowego Jahresberichte über die Fortschritte der Thierbiochemie (Roczniki Postępów Chemii Zwierzęcej). W uznaniu zasług naukowych zostaje wybrany w 1884 r. zagranicznym członkiem rzeczywistym Akademii Umiejętności w Krakowie, a w 1889 r. członkiem korespondentem Królewskiej Akademii Medycznej w Rzymie. Uniwersytet Jagielloński dwukrotnie proponuje mu przyjazd do Krakowa i objęcie profesury: w 1877 r. na Katedrze Farmakologii i Farmakognozji, a w 1888 r. na Katedrze Chemii.

Pierwsze lata pobytu w Szwajcarii oznaczają również ważne zmiany w życiu osobistym Nenckiego. W lipcu 1873 r. żeni się z siostrą swego berlińskiego przyjaciela, Ottona Schultzena, którą znał jeszcze z czasów studiów i pracy w Berlinie, wówczas jako żonę hrabiego von Brockenburga. Maria von Brockenburg, która owdowiała w międzyczasie, przyjęła oświadczyny młodego naukowca. Ślub odbył się w Berlinie. Nencki wkrótce po ślubie wraz z żoną wraca do Berna. Ich jedyny syn, Leon, przyszedł na świat w lipcu 1874 r. Małżeństwo Nenckich nie było jednak szczęśliwe. Nencki, zajęty całymi dniami w laboratorium lub salach wykładowych, nie mógł zapewnić żonie życia towarzyskiego, do jakiego przywykła w domu rodzinnym oraz pierwszego męża. Nudziła się więc w prowincjonalnym bądź co bądź Bernie i często wyjeżdżała do rodzinnego Berlina. Tam też osiadła na stałe po 1892, nie decydując się towarzyszyć mężowi, gdy ten przyjął nowe stanowisko w Petersburgu. Stosunki między małżonkami były jednak poprawne, o czym świadczy zachowana korespondencja. Nencki informował Marię o swym życiu, osiągnięciach i kłopotach. Przesyłał jej również własne prace, a ona pomagała mu w redagowaniu Jahresberichte. Ostatni list z Petersburga do żony datowany jest w przeddzień śmierci uczonego. Pisał w nim między innymi, że po dłuższym pobycie w łóżku czuje się wreszcie lepiej.

Nencki utrzymywał również bliskie stosunki ze swym synem, Leonem. Interesował się jego studiami i późniejszą pracą, zwłaszcza że Leon poświęcił się również medycynie, którą studiował w Bernie. Korespondencja Nenckiego z żoną i synem odbywała się oczywiście w języku niemieckim.