Химическая лаборатория стала местом, где М. В. Ломоносов в 50–х годах с громадным увлечением занялся совсем новым, большим и очень своеобразным делом — мозаикой. Задача эта вполне подходила к характеру и вкусам М. В. Ломоносова; в ней переплелось изобразительное искусство с химией цветного стекла, оптикой и техникой. Ученый решил эту задачу блестяще. Ему пришлось выполнить многие тысячи пробных плавок по изготовлению разных сортов цветного стекла, разработать способы компоновки стеклянных кусочков в прочную мозаичную картину. Из двенадцати сохранившихся известных мозаичных картин (в том числе знаменитой «Полтавской баталии»), выполненных в лаборатории, пять приписываются лично М. В. Ломоносову. В знак признания работ по мозаике М. В. Ломоносов был избран в 1764 году почетным членом Болонской академии наук.
За свои успехи в работе с мозаикой после долгих хлопот М. В. Ломоносов в 1753 году получил от царицы в дар поместье в Усть — Рудицах, в 64 верстах от Петербурга, для устройства стекольной фабрики с целью выделки разноцветных стекол, бисера, стекляруса и пр. Фабрика скоро была пущена в ход, причем станки для изготовления стекляруса и бисера проектировались самим М. В. Ломоносовым. Ряд машин и приспособлений приводился в движение водяной мельницей.
В 1756 году М. В. Ломоносов построил себе дом с домашней лабораторией в Петербурге, на Мойке. Здесь, вероятно, помещалась и оптическая мастерская, где по его проектам мастерами строились разнообразные приборы, телескопы, микроскопы, перископы, мореходные и другие инструменты.
Очень печально, что потомки не сумели сохранить до нашего времени ни химической лаборатории, ни дома на Мойке, ни многочисленных приборов, изготовленных собственноручно М. В. Ломоносовым.
В 1757 году М. В. Ломоносов был назначен начальником Географического департамента при академии. Он занялся трудной работой исправления географических карт. Натура М. В. Ломоносова, впрочем, была такова, что и в эту новую область он погрузился с увлечением. В 1763 году М. В. Ломоносов составляет «Краткое описание разных путешествий по северным морям и показание возможного проходу Сибирским океаном в Восточную Индию».
Не была забыта русским ученым и астрономия. 26 мая 1761 года М. В. Ломоносов наблюдал редкое астрономическое явление — прохождение Венеры по солнечному диску. Итоги своих наблюдений М. В. Ломоносов опубликовал в работе «Явление Венеры на солнце, наблюденное в Санкпетербургской Академии наук Майя 26 дня 1761 года». Тогда же М. В. Ломоносов впервые в истории астрономии сделал важное заключение о наличии «знатной воздушной атмосферы» у Венеры.