Вот основные научные интересы его:
Величайшей заслугой было открытие в 1869 году Периодического закона химических элементов, одного из основных законов естествознания, и создание на его основе периодической системы элементов. Современная формулировка периодического закона звучит так: свойства элементов (проявляющиеся в простых веществах и соединениях) находятся в периодической зависимости от заряда ядер их атомов. На основе периодического закона Д.И. Менделеев исправил атомные веса некоторых, уже открытых, элементов и предсказал открытие и свойства ряда новых (галлий, скандий, германий и другие) и даже методы их открытия. Искусственно полученный в 1955 году 101 элемент менделеевской таблицы получил название "менделевий".
"Политехнический словарь" (М., 1980) так оценивает значение сделанного Д.И. Менделеевым открытия: "Закон и система Менделеева принадлежат к числу важнейших обобщений естествознания, лежат в основе современного учения о строении вещества".
Написал классический труд "Основы химии" (1869–1871), где изложил неорганическую химию с точки зрения периодического закона (ещё при жизни автора "Основы химии" издавались восемь раз и были переведены на многие иностранные языки).
Создал первый русский оригинальный учебник "Органическая химия" (1861), за что ему была присуждена Демидовская премия Петербургской Академии Наук. Отметим, что эта премия явилась прообразом будущей премии, основанной Нобелем.
"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 — химические соединения веществ с водой), явившуюся одной из основ современной теории растворов.
Изучал зависимость объёмов газов и жидкостей от температуры и давления и вывел в 1874 году общее уравнение состояния газов (Закон Менделеева-Клапейрона), связывающее объем и давление газа с его массой и температурой — основное соотношение термодинамики.
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).
В области метрологии разработал физическую теорию весов, точнейшие приемы взвешивания, заменил аршин, фунт на метрические единицы, основал Главную палату мер и весов.
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 тяжёлых нефтепродуктов. Создал теорию происхождения нефти неорганическим путём.
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.
В 1890-91 годах предложил способ получения нового вида бездымного пороха (пироколлоидного) и организовал его производство.
Д.И. Менделеев — автор более чем 500 научных трудов по химии, физике, метрологии, воздухоплаванию, экономике, народному просвещению, народонаселению и др.
Вл. Орлов в книге об Александре Блоке ("Гамаюн", М., 1980) так характеризует Д.И. Менделеева: "Химия и физика, гидродинамика и технология, разведка нефти и угля, бездымный порох и маслобойное дело, мука, крахмал, вазелин и винокурение, производство стекла и техника земледелия, освоение пути через Северный полюс и полёт в одиночку на воздушном шаре для наблюдения солнечного затмения, таможенный тариф и разоблачение спиритизма, реформа фабрично-заводской промышленности и народного просвещения, великолепное презрение к чинам, званиям и наградам, равное обращение и с министром и с мужиком, мгновенная вспыльчивость и быстрая отходчивость, увлечение русской живописью и бульварными романами с кражами и убийствами, шахматы, неизменная толстейшая папироса собственной закрутки и столь же неизменный крепчайший чай свежей заварки — это всё Менделеев".
В честь Д.И. Менделеева учреждены премии АН СССР (теперь России) за выдающиеся заслуги в области работ по физике и математике, его имя носят учебные заведения, научные общества, в том числе Российское химическое общество, ВНИИ метрологии, Санкт-Петербургский химико-технологический институт, учебный институт в Москве, гигантский, в полторы тысячи километров протяженности, подводный хребет в Северном Ледовитом океане, город на Каме, посёлок под Москвой, улица в Москве, вулкан на Курильских островах, лунный кратер, станция московского метрополитена, научно-исследовательское судно для океанографических исследований, 101-й химический элемент и минерал менделеевит.
