Александр Дюма был удивлен той четкости, быстроте и умению, с которыми мальчик переводил на французский язык с грузинского свой разговор с есаулом и с русского — речь и обращение отца к Дюма, как будто всю жизнь был переводчиком. Ребяческая живость, впечатлительность, радушие соединились в этом ребенке с мужеством, горделивой осанкой и удивительной смышленостью. За несколько дней пребывания в семье Тархнишвили Дюма привязался к ребенку и с сожалением расстался с ним. Приезд Дюма в Нуху безусловно сыграл роль в дальнейшей жизни мальчика, который стал мечтать о путешествиях, приобретении знаний, возможности тоже стать литератором. Присоединение Кавказа к России, освободившее Грузию от бесконечных войн, тянувшихся несколько столетий, повлияло на решение отца дать сыну «больше знаний и культуры». В 50-60-х годах прошлого столетия молодежь уезжает из Грузии, далекой окраины России, не имевшей университета, чтобы получить образование и, вернувшись на родину, «примкнуть к борьбе за улучшение быта и общественной жизни родины».
Отец Ивана Рамазовича является в этом отношении представителем передовой фузинской интеллигенции. Несмотря на то что военная служба заставляла семью Тархнишвили жить на далеких и малокультурных окраинах, он следит за развитием сына, приглашая учителей. В 1857 году отец отдает мальчика в гимназию в Тифлисе, но впечатлительный, развитый не по годам мальчик не смог вынести рутины гимназической учебы. Обучение в те времена велось путем заучивания наизусть без какого бы то ни было понимания прочитанного, что подавляло всякий интерес учащихся. Через год отец берет Ивана из гимназии, готовит его дома, а в 1860 году отвозит в Петербург, помещает в частный пансион Шаксевой, в котором мальчик остается год, а затем переезжает в семью родственников. В этот период мальчик по собственной инициативе готовится на аттестат зрелости. Шестнадцатилетний Иван, сдав блестяще экзамены в 1863 году на аттестат зрелости во 2-й Петербургской гимназии, поступил по желанию отца на естественное отделение физико-математического факультета Петербургского университета, хотя сам предпочитал стать врачом.
17-летний юноша с увлечением начинает изучение физиологии под руководством Ф.В. Овсянникова, который большое внимание уделяет и занятиям по гистологии. Одновременно он посещает лекции Сеченова в Медико-хирургической Академии. С первой лекции, увлекшись живой речью отца физиологии, он решает перейти в Медико-хирургическую Академию, но встречает сопротивление со стороны своего отца. Впрочем, пребывание Тарханова в университете было непродолжительным; из-за политического выступления 9 апреля 1864 года Тарханов вынужден оставить университет. Исключение из университета без права поступления в другие русские университеты за то, что он, «состоя в числе вольнослушателей, неоднократно нарушал во время нахождения в здании университета правила, установленные для этих лиц». Ввиду молодости, возможно и княжеского титула, официально значилось, что Тарханов уволен за неуплату, и ему было разрешено остаться в Петербурге и поступить в Медико-хирургическую академию, к чему так стремился и сам Тарханов, увлекшись лекциями Сеченова.
19 августа он подает прошение о зачислении его в число студентов Медико-хирургической академии и с 19 сентября слушает лекции, затем начинает работать в лаборатории И.М. Сеченова. Отец физиологии обращает внимание на хорошо подготовленного студента и допускает его к проведению самостоятельных работ. Тарханов-студент выступает с докладом на 1-м съезде естествоиспытателей «О механизме координации движений в акте ползания и искания» (1868). Эта работа напечатана в трудах съезда и в «Медицинском вестнике» под заглавием «Исследование механизма ко-ординациидвиженийвактеходьбыискачковулягушки». В 1869 году Тарханов, уже заканчивая блестяще Академию, печатает еще четыре работы. 3 октября 1870 года Тарханов сдает экзамены на степень доктора медицины, а 2 июня 1871 года защищает диссертацию, после чего едет в отпуск в Тифлис, чтобы устроить семейные дела после смерти своего отца.
Окончив Военно-медицинскую академию, Тарханов по конкурсу попал с 1 января 1871 года в Институт врачей, возглавляемый профессором И.Т. Глебовым, который был организован для подготовки врачей к научной работе. Незадолго до этого И.М. Сеченов, оскорбленный тем, что не проходит кандидатура И.И. Мечникова, выдвинутая им на кафедру зоологии, покидает Военно-медицинскую академию и уезжает в 1870 году в Одессу. Уход с кафедры Сеченова был для Тарханова большой утратой. Заместитель Сеченова, Заворыкин, из-за которого, собственно, Сеченов и ушел, не в состоянии, будучи гистологом, руководить физиологическими работами.
Тарханов, естественно, не мог как ученик Сеченова пользоваться симпатией Заворыкина В 1872 году кафедра физиологии, временно занимаемая Заворыкиным, передается И.Ф. Циону. В лаборатории Циона Тарханов в 1873 году выполняет две работы. Цион оценил способности Тарханова и представил его к заграничной командировке на два года, с 1 июня 1873 по 1 сентября 1875 года. За этот сравнительно короткий промежуток времени Тарханов, готовясь к профессорской деятельности, посетил почти все столицы Европы, знакомясь с постановкой учебного процесса, системами преподавания, устройством различных лабораторий, имевших соприкосновение с физиологией Он побывал в Вене, Берлине, Лондоне, Оксфорде, Брюсселе, Женеве, Цюрихе, Турине; работал в Страсбурге и Париже. В Страсбурге в то время кафедрами заведовали такие крупные ученые, как Э.Ф. Гоппе-Зейлер, Ф Л. Гольц и Ф Реклингаузен. В Париже он бывал только в своей комнате, в которой спал, и в лаборатории, в которой работал; это позволило ему опубликовать 11 работ по общей биологии, гистологии, физиологии крови, лимфы, блуждающего нерва. Кроме лаборатории и лекций К Бернара он посещал лекции Шарко.
Работа о лейкоцитах в крови сосудов селезенки напечатана в 5 журналах, некоторые — в трудах институтов. Все эти работы создали громкую славу молодому ученому. На мемориальной доске учеников Бернара имя Тарханова занимает одно из первых мест. Вернувшись в Россию, Тарханов представляет администрации Военно-медицинской академии выполненные в период командировки 15 работ и получает 29 ноября 1875 года звание приват-доцента физиологии. 2 мая 1877 года Тарханов был утвержден в качестве экстраординарного профессора. В 1879 году появляется его монография «О психомоторных центрах и развитии их у человека и животных». В том же году он переводит «Технический учебник гистологии» Ранвье и тогда же выходит его статья «О применении телефона в животном электричестве». Под его редакцией переводится «Общая мышечная и нервная физиология» И. Розенталя, а также «Опыты над естественным сном животных». С 1878 по 1883 год Тарханов читает лекции по физиологии врачам ветеринарного факультета Военно-медицинской академии.
Профессор Тарханов тесно дружил с С.П. Боткиным, его сыном С.С. Боткиным, который был учеником, а затем сослуживцем Тарханова, А.А. Остроумовым — основоположником передовой клинической мысли, Бородиным — химиком и композитором, И. Е. Репиным — великим русским художником, семьей Антокольских, Чеховым, Горьким, Стаховым, Менделеевым, Бехтеревым, Павловым. Тарханов был женат на Е. П. Антокольской, скульпторе по профессии.
Профессора И Ф. Циона студенты не приняли, и он уехал за границу, где вскоре оставил физиологию и занялся коммерцией После ухода Циона и назначения на кафедру в 1876–1877 годах приват-доцентом Тарханова место его ассистента было предложено И.П. Павлову, который демонстративно отказался, хотя сам ранее на это место претендовал. Академик П.К. Анохин объясняет это личными соображениями: Тарханов не импонировал Павлову как научный руководитель. Горячая натура Тарханова с его кавказским темпераментом не забудет чувства обиды, нанесенное демонстративным отказом Павлова от занятия места ассистента.
В 1883 году Иван Рамазович являлся оппонентом при защите И.П. Павловым диссертации на тему «Центробежные нервы сердца». В освещении хода защиты диссертации на страницах «Международной клиники» (1883, № 10) отмечается, что Тарханов сделал много серьезных возражений диссертанту; диспут продолжался полтора часа. Главные возражения были в отношении «небрежного отношения» к литературе вопроса (в своей диссертации Павлов не указал работ Тарханова в отношении иннервации сосудов). «Читающий получит впечатление, что до вас ничего не сделано», — говорит Тарханов и продолжает далее: «…скромность в ученом — высшее качество», «способы исследования, употребленные автором, крайне примитивны»… Полным диссонансом с этой оценкой звучал отзыв доктора Соколова, который на замечание Павлова о скудности лабораторных средств для выполнения данной работы возразил, что, напротив, богата та лаборатория, из которой выходят такие труды, каков труд автора. Диссертант, полный еще воинственного возбуждения, по дороге домой потрясал в воздухе руками, громко говорил идущему с ним Каменскому: «Ну, конечно, он не прав. Он же не понял дела. Нет, ему в самом деле досадно, вот он и придирается».
