Starając się o możliwość powrotu do ojczystego kraju i połączenia się z rodziną, zwrócił się z prośbą o pomoc do dyrektora Muzeum Księstwa Modeny i Reggio we Florencji. Dyrektor – Vincenzo Antinori – poparł jego prośbę o azyl. Nobili został wezwany przez Leopolda II do Florencji, gdzie zamierzano wznowić w Museo di Fisica e Storia Naturale działalność edukacyjną (zawieszoną po upadku Napoleona i powrocie do Toskanii Ferdynanda III, ojca Leopolda II). Otrzymał stanowisko profesora fizyki i rozpoczął akademickie wykłady elektromagnetyzmu. Prowadził również badania naukowe.

Zakres badań thumb|240px|Alessandro Volta demonstruje Napoleonowi baterię ogniw Leopoldo Nobili kontynuował badania Ampère’a (swojego nauczyciela), Coulomba (zob. prawo Coulomba) i Poissona (profesora École Polytechnique w latach 1806–1809).

Interesował się przede wszystkim naturą prądu elektrycznego. Starał się wyjaśnić, dlaczego dwa różne rodzaje prądu – „prąd termoelektryczny”, wywoływany różnicą temperatur, oraz „prąd hydroelektryczny”, występujący w roztworach, np. w ogniwie Alessandro Volty – wywierają takie samo oddziaływanie elektromagnetyczne (zob. indukcja magnetyczna).