Allí se graduó de bachiller en teología y no obstante los buenos augurios que para él tenían sus preceptores abandonó la sotana y decidió casarse con María Rita Rivera en 1778, también sobrina del mismo prelado que lo trajo a la capital.
Esta expedición, junto con otras, ordenadas por Carlos III, el mejor rey Ilustrado que tuvo España, tenía el propósito de inventariar los recursos de las vastas colonias españolas en América que fueran susceptibles de comercio, en franca competencia con lo que los ingleses hacían en el resto del mundo.
En 1792 se le ordenó formar parte de la expedición del almirante español Bodega y Quadra, a quien acompañó en calidad de naturalista, para recorrer las posesiones españolas en la costa norte del continente americano, Los Ángeles, San Francisco y la bahía de Monterrey.
Durante su estancia en España desempeñó tareas que le dieron fama como médico en las epidemias de Cádiz y pronto adquirió renombre que le valió ser electo dos veces como secretario y cuatro veces como presidente de la Real Academia Médica Matritense.
El director de la expedición, Martín Sessé, murió en Madrid en 1808, en plenos acontecimientos políticos que sacudieron a toda España con la invasión francesa encabezada por Napoleón.
Los materiales de la Expedición que llevó consigo en su exilio quedaron en paradero desconocido.
Pablo de la Llave nombró al quetzal resplandeciente con el nombre latino Pharomachrus mocinno para honrar a su mentor Mociño, quien fue el primero en clasificar al ave.