Развивая работы по исследованию верхних слоев атмосферы, начатые Ломоносовым, Менделеев изучает материал, собранный современной ему наукой, сближается с М. А. Рыкачевым, В. П. Верховским, А. Ф. Можайским, В. Святским и другими исследователями, преимущественно моряками, которые тогда занимались разработкой воздухоплавания в России и бывали для его изучения за границей. Эти исследователи снабдили Менделеева трудами английского воздухоплавателя Джона Глешера; от них же получил Менделеев ценный мемуар французского конструктора дирижабля Дюпюи де-Лома. Мемуар чрезвычайно заинтересовал Менделеева. Тут же на вклеенных в него листах он производит свои контрольные подсчеты и набрасывает эскиз дирижабля, приводимый нами. На несколько лет Менделеев с головой ушел в «воздушные дела», занимаясь не только теоретическим изучением вопроса, но выступая и с практическими предложениями весьма ценного свойства.
Особо важным из них является выдвинутый им 7 октября 1875 года (за 56 лет до профессора Пикара) проект устройства большого высотного аэростата с герметически закрывающейся гондолой, то-есть, по существу, стратостата К. Непосредственным поводом к этому проекту послужила происшедшая 15 сентября 1875 года гибель двух французских ученых-аэронавтов — Сивеля и Кроче-Спинелли. Отважные воздухоплаватели скончались в результате губительного действия разреженного воздуха при полете на высотном аэростате «Зенит», достигнув высоты около 8 600 метров в открытой гондоле.
В 1874 году Менделеев изобрел особый высотомер, предназначенный им главным образом для целей барометрического нивелирования. Книги, которые Менделеев издал по разным вопросам в этот период, были им снабжены специальным аншлагом: «Чистый доход от продажи этого издания предназначается на развитие воздухоплавания».
Признавая огромное будущее значение - аэропланов, Менделеев в то же время указывал на грядущую роль дирижаблей, подчеркивая ряд их ценных преимуществ (дальность' полета, грузоподъемность и пр.).
Не ограничиваясь теоретической деятельностью в области воздухоплавания и метеорологии, Менделеев принимает самое активное участие в организации практического воздухоплавания, в разработке основ строительства воздушных судов.
В 1878 году морское и военное ведомства предложили ему совершить поездку в Европу для изучения положения этого вопроса за рубежом.
Менделеев начал с Франции. В Париже как раз в это время совершал полеты величайший в мире привязной воздушный шар Жиффара, объемом в 25 тысяч кубических метров, подымавший в один прием на высоту 600—700 метров до сорока человек. Не упустил случая подняться на нем и Менделеев. Во Франции он завязал прочные связи с самыми выдающимися работниками воздухоплавания—академиком Дюпюи де-Ломом, братьями Тиссандье, конструктором дирижабля «Ля Франс» Ренаром, Татеном, Фонвиелем, Пено и другими. Затем он направился в Англию, где познакомился с Глешером. В Петербург Менделеев возвращался нагруженный моделями летательных аппаратов, образцами материала для них, приборами, литературой.