Русский ученый-энциклопедист, автор фундаментальных работ по химии, физике, химической технологии, метрологии, воздухоплаванию, метеорологии, сельскому хозяйству, экономике и т.д. Самое известное открытие Менделеева — фундаментальный закон природы, периодический закон химических элементов.
Сам полагал, что его имя составили «всего более четыре предмета… периодический закон, исследование упругости газов, понимание растворов как ассоциации и “Основы химии”». Периодический закон был открыт им в ходе работы над «Основами химии». Растворы исследовал всю жизнь, постепенно постигая природу химического соединения как такового, а уравнение Клапейрона—Менделеева (общее уравнение состояния идеального газа) — важная формула, устанавливающая зависимость между давлением, молярным объемом и абсолютной температурой идеального газа.
На протяжении всей жизни регулярно участвовал в производственных предприятиях, где теоретические научные проблемы обладали скорее прикладным значением. Кроме того, интересовался весьма разноплановыми сферами деятельности, включая воздухоплавание, кораблестроение и освоение Крайнего Севера.
Менделеев — автор более полутора тысяч трудов, в том числе классических «Основ химии», первого систематизированного изложения неорганической химии (1869—1871). Пользовался огромным научным авторитетом во всем мире и был удостоен множества наград — российских и зарубежных орденов и медалей, почетного членства в разнообразных российских и зарубежных научных обществах, многочисленных научных званий и т.д.