Должность его была сопряжена с широкой и разносторонней деятельностью. В 1745 г. в своей челобитной на имя императрицы Ломоносов писал: «В бытность мою при Академии наук трудился я, нижайший, довольно — в переводах физических и механических и пиитических с латинского, немецкого и французского языков на российский и сочинил на российском же языке горную книгу и риторику; и сверх того в чтении славных авторов, в обучении назначенных ко мне студентов, в изобретении новых химических опытов, сколько за неимением лаборатории быть может, и в сочинении новых диссертаций с возможным прилежанием упражняюсь» В 1745 г, после того как была представлена его диссертация о металлах, Ломоносов стал профессором химии и полноправным членом Академии.
Одним из первых его начинаний в новом звании стала постройка в 1748 г. химической лаборатории Академии на Васильевском острове Это было небольшое приземистое зданьице — в полтора этажа, занимавшее всего шесть с половиной сажен в длину и пять в ширину. Все внутреннее сводчатое помещение состояло из одной большой комнаты с очагом, с широким дымоходом посередине, и двух крошечных каморок В одной читались лекции немного численным студентам и стояли точные весы, в другой хранились химические материалы и посуда. Ломоносов стремился обеспечить свою лабораторию самыми совершенными приборами для физико-химических исследований. Он имел несколько типов печей: плавильную, перегонную, стекловаренную, пробирную, обжигательную и др., обзавелся насосом, изобрел прибор для определения вязкости жидкости, придумал точило для определения твердости тел, усовершенствовал Папинову паровую машину для получения высоких давлений, сконструировал термометр. Ломоносов развернул огромную по тем временам исследовательскую и техническую деятельность.
Интересы его были поразительно разносторонними и многогранными.
Среди сочинений Ломоносова имеются работы по физике, химии, геологии, метеорологии, горному делу, географии, астрономии, истории и филологии.
Он был выдающимся поэтом, художником, просветителем и общественным деятелем. И в каждой из этих областей он оставил заметный след. Однако, к сожалению, Ломоносов очень мало заботился о распространении своих трудов за границей. Результаты его научной деятельности, хотя и отмечались в голландских, немецких и французских научных журналах, в целом остались невостребованы европейскими учеными, а в самой России к этому времени было еще слишком мало научных специалистов, способных оценить их. Современники отдали должное Ломоносову как поэту, создателю поэтического языка, историку, творцу мозаичных картин, но его наука оставалась для них непонятной. Его физико-химическое наследие оказалось погребено в нечитавшихся книгах и неопубликованных рукописях. Многочисленные остроумные приборы Ломоносова не сохранились. Между тем многие его воззрения отличались удивительной прозорливостью. Так, например, на сорок лет раньше Лавуазье Ломоносов сформулировал закон сохранения вещества при химических превращениях. Очень глубокая и оригинальная идея была высказана им в диссертации «Рассуждение о причине теплоты и холода» (1744 г.), в которой он прямо связал температуру тела с «внутренним движением собственной материи», то есть с движением мельчайших частиц (молекул), из которых, по его непоколебимому убеждению, состояло любое тело. В диссертации «Попытка теории упругой силы воздуха» (1749 г.) он предсказал многие положения кинетической теории газов (он объяснял, например, расширение газов непрерывным отталкиванием составляющих его молекул друг от друга).
В 1753 г. в «Слове о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих» он изложил глубоко продуманную теорию атмосферного электричества (которое было, по его мнению, следствием взаимного трения водяных паров, постоянно присутствующих в воздухе). В своем «Слове о рождении металлов от трясения земли» он за 60 лет до Юнга выдвинул идею о «нечувствительных землетрясениях», то есть медленных колебаниях земной коры. Множество интересных рассуждений рассыпано в другом его геологическом сочинении «О слоях земных» (1763). Здесь, к примеру, задолго до Вернера изложена теория о неодновременном происхождении рудных залежей и приводится очень плодотворное наблюдение о случаях совместного нахождения в земной коре различных минералов (то есть такой ситуации, когда наличие одного какогото минерала с очень большой вероятностью предполагает наличие другого, например, кварц может указывать на самородное золото, мрамор — на самородную медь и т. д., что очень облегчает поиск полезных ископаемых; Ломоносов был одним из первых, кто обратил на это внимание). В этой же работе сделано предположение об органическом происхождении янтаря, торфа, нефти, горючих сланцев. В «Курсе истинной физической химии» (1754 г.) Ломоносов высказал свои взгляды на образование кристаллов и настоятельно рекомендовал «хорошо исследовать фигуру кристаллов и измерять их» (Ромэ де Лиль, который считается основателем кристаллографии, выступил с идентичным предложением только в 1783 г.).
