został przyjęty do szkoły duchownej w Kiszyniowie. Latem 1840 r. udał się do Odessy, gdzie poznał bułgarskich działaczy oświatowych Zachariję Kniażeskiego i Wasila Apriłowa, za sprawą których włączył się w życie kulturalne Bułgarów w Rosji. W 1843 r. brał udział w zgromadzeniu bułgarskich studentów przebywających w Odessie, podczas którego postanowiono aktywnie walczyć o restytucję niezależnej Bułgarskiej Cerkwi Prawosławnej, oddzielenie jej od Patriarchatu Konstantynopolitańskiego.
W 1843 r. ukończył szkołę duchowną w Kiszyniowie i wstąpił do miejscowego seminarium duchownego. W 1845 r. uzyskał zgodę na przeniesienie do analogicznej szkoły w Odessie, którą ukończył w 1847 r. Święty Synod nie przyznał mu stypendium na dalszą naukę na Kijowskiej Akademii Duchownej, lecz mnich Nataniel mimo to zgłosił się na egzaminy wstępne na tę uczelnię, zdał je i został, dzięki wstawiennictwu metropolity kijowskiego Filareta, zaliczony w poczet studentów specjalną decyzją Synodu, pod nazwiskiem Stojanowicz. Latem 1848 r. podróżował po Besarabii, rozpowszechniając wśród miejscowych Bułgarów swoje tłumaczenia literatury cerkiewnej.