Уже тоді Михайло виявив надзвичайний інтерес до історії, літератури. У своїй «Автобіографії» Олена Пчілка пише, що Михайло «дивував нас вибором книжок. Правда, книжок було мало, але він залюбки читав навіть монографії Костомарова».
Київська наука дала можливість вступити відразу в п’ятий клас класичної гімназії у Холмі, яку Михайло закінчив через чотири роки зі срібною медаллю. У своїх захопленнях юнак вагався між гуманітарними і точними науками.
Леся Українка навіть жартувала якось, що знання математики було для її брата мірилом якостей людини: «Він математики і в зуб ногою не знає», — це означало цілком негативну характеристику когось.
Проте не так легко було з вивченням точних наук у Київському університеті, куди Михайло Косач вступив у 1888 році на математичне відділення фізичного факультету.
Юнак провчився два роки і... був відрахований за заборгованість. Батько у листі до сина причину цієї невдачі вбачав у його непосидючості й у більш органічному нахилі до гуманітарних наук, ніж до точних. Проте Михайло доводив протилежне, і з 1891 року він — уже студент Юр’ївського університету (нині м. Тарту).
Закінчивши успішно математичне відділення (1894 року), Михайло Косач переводиться на фізичне і незабаром завершує свою освіту. Ще студентом працює асистентом фізичного кабінету, де готує і проводить досліди на лекціях професора Б. Б. Голіцина, відомого вченого, згодом академіка, основоположника сейсмології як точної науки, винахідника сейсмографа, першого президента Міжнародної сейсмічної асоціації.
В одному листі молодий Косач сповіщає родичів, що має авторитет у професорів і репутацію найбільшого фізика в університеті. Михайла все більше вабить фізика.
«Справді, це страшенно велика область, просто безконечна, але тим цікавіша... Хочу конче швидкість рентгенівських променів окреслити і слави зажити», — пише він в одному листі.
Є відомості у родинному листуванні, що перед від’їздом Лесі Українки на операцію в Берлін її брат сконструював апарат, який виконав рентгенівський знімок її хворої ноги і руки, а потім просив для порівняння зробити такий же знімок після операції. Отже, він зробив відкриття одночасно з Рентгеном!
Весною 1895 року Михайло Косач захистив кандидатську дисертацію «Строение света в одноосной среде». Здібний фізик робить значні успіхи в науці. Його запрошують на Всеросійську виставку в Нижньому Новгороді (1896 рік), де він бере участь у створенні зразкової метеорологічної станції, на якій працює цілий місяць спостерігачем.
У 1897 році складає іспити на звання викладача фізики й математики в університеті, здобуває ступінь магістра. Тартуський університет посилає його у відрядження до Кельна для ознайомлення з газовими двигунами.
Наступного літа на Всеросійському з’їзді природників і лікарів у Києві молодий учений виголошує доповідь із фізики і метеорології. Шкодує, що не має змоги виступати ще й на етнографічній секції, бо ж здавна цікавиться фольклором та етнографією.
Студентство любило Михайла Косача, горнулося до нього, відчуваючи у ньому друга і порадника.
У некролозі, надрукованому в «Санкт-Петербургских Ведомостях» (1903), написано: «Ця людина була кращим нашим другом, нашим добрим, прекрасним товаришем. Він втілював у собі кращі риси — любов, доброту, щирість, був другом юнацтва і всього людства». Поєднуючи у собі хист «лірика і фізика», Михайло Петрович вимагав і цікавого викладу наукових знань.
Михайла Косача — ученого енциклопедичних знань — запрошує на роботу один із найкращих університетів — Харківський. Тут він дістає посаду приват-доцента на кафедрі фізики та метеорології. Працює в оточенні таких наукових світил, як математик і механік О. М. Ляпунов, математик Л. О. Струве, геолог П. П. П’ятницький, архітектор О. М. Бекетов, етнограф і літературознавець М. Ф. Сумцов.
Приват-доцент Косач читає курси загальної метеорології, електростатики й електромагнетизму, механічної теорії тепла, рентгенівських променів. Крім того, викладає загальну фізику у ветеринарному інституті та в школі технічного товариства, керує університетською метеорологічною станцією.
Разом із тим публікує ряд наукових праць: «Деякі уваги до передбачення погоди Демчинським», «Про деякі проблеми в теорії теплоти і температурних змін у ґрунті», «Положення осьової лінії в електричних циклонах» (останні дві — німецькою мовою).
І одночасно Михайло Косач — письменник, фольклорист, людина активної громадянської позиції. Своєю невсипущою енергією він подібний до Лесі Українки. Гартує, як і вона, свій характер, готуючись до наукових відкриттів, до боротьби за прогрес, усвідомлюючи обов’язки молодого покоління, яке продовжить традиції старших і шукатиме завзято й безстрашно нових доріг.
Одруження з Олександрою Судовщиковою — письменницею теж було певним стимулом до творчості. В одному з листів до нареченої Михайло Косач, змальовуючи свої настрої, говорить про роль художніх зацікавлень у своєму житті. Він був людиною настроїв, потрібно було не раз брати себе в руки, працювати над самодисципліною.
Ще в юні роки під керівництвом матері разом із сестрою Лесею перекладав він Миколу Гоголя. Їх переклади вийшли окремою книжечкою — «М. Гоголь. Вечорниці. Оповідання. 1885». Мріяв перекласти Біблію. Було розпочав цю роботу.
Окрім цього, М. Косач перекладав Брет-Гарта, Сенкевича, Короленка.
Як письменник Михайло Косач виступав під псевдонімом Михайло Обачний. Першим оригінальним (не перекладним) твором було оповідання «Різдво під Хрестом полудневим», надруковане у «Зорі» у 1889 році.
У 1891 року опубліковане у «Зорі» оповідання Михайла Обачного «На огнище прогресу», 1896 року там само — оповідання «Гість» і «Що», а у 1894-му у Франковому журналі «Житє і слово» — «Хмари» й у 1896-му — «Нікуди».
Несподівана передчасна смерть любого брата у 1903 році глибоко вразила Лесю. Адже між Михайлом і Лесею з раннього дитинства були дуже щирі дружні стосунки. Тож два роки по тій трагедії вона не могла нічого писати — тужила-горювала тяжко. На Байковому кладовищі у Києві між могилами любого брата і батька знайшла свій спочинок і Леся.