— Создал первый русский оригинальный учебник “Органическая химия” (1861), за что ему была присуждена демидовская премия Петербургской академии наук. “По богатству и смелости научной мысли, оригинальности освещения материала, влиянию на развитие и преподавание химии этот труд Менделеева не имел равного в мировой химической литературе” (“Самые знаменитые люди России”, М., “Вече”, 1999).
— Разработал в 1887 году химическую, “гидратную”, теорию растворов (гидраты — соединения водорода с другими химическими элементами), явившуюся одной из основ современной теории растворов.
— Изучал зависимость объемов газов и жидкостей от температуры и давления и вывел в 1874 году общее уравнение состояния идеального газов (Закон Менделеева-Клапейрона), связывающее объем и давление газа с его массой и температурой — основное соотношение газодинамики.
— Открыл (в 1860 году) существование критической температуры (критическая температура — наибольшая температура, при которой возможно существование жидкости в состоянии равновесия с паром. Отметим, что имеющее важнейшее промышленное значение сжижение газов осуществимо только при его охлаждении ниже критической температуры. Критическая температура — это также температура перехода некоторых проводников в сверхпроводящее состояние).
— В области метрологии разработал физическую теорию весов, точнейшие приемы взвешивания и основал Главную палату мер и весов.
— В 1890-91 годах предложил способ получения нового вида бездымного пороха (пироколлоидного) и организовал его производство.
— В 1876 году указал на важность изучения влияния высокой температуры на нефть, заложив основы такого важнейшего технологического процесса, как крекинг нефти, процесс получения легких моторных топлив из тяжелых нефтепродуктов.
— В 1888 году впервые высказал идею подземной газификации угля.
— Неоднократно указывал на необходимость рационального использования природных богатств страны и применения химии в различных отраслях хозяйства. В частности, уделял внимание вопросам применения химических удобрений в сельском хозяйстве.
— Разрабатывал проблемы орошения почв в районе нижней Волги, улучшения судоходства на реках России.
— Занимался проблемами освоения Арктики.
— Научно обосновал в своей диссертации соединении спирта с водой” (1865) процесс получения водки и стал родоначальником нового направления в науке — алкоголиметрии.
Д.И.Менделеев — автор более, чем 500 научных трудов по химии, физике, метрологии, воздухоплаванию, экономике, народному просвещению, народонаселению и др.