Д. И. Менделеев исследовал явления изоморфизма. Открыл «температуру абсолютного кипения жидкостей». Создал гид ратную теорию растворов. Развил идеи о существовании соединений переменного состава. Нашел общее уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева — Клапейрона). Занимался вопросами химизации сельского хозяйства, пропагандировал использование минеральных удобрений. Участвовал в разработке бездымного пороха. Является автором ряда работ по метрологии.