Дмитрий Иванович вел преподавательскую деятельность, помимо столичного Университета, во 2-м кадетском корпусе, Николаевском инженерном училище, в Институте корпуса инженеров путей сообщения. Будучи сторонников равноправия женщин в области образования, он стал лектором на вновь открытых Высших женских курсах. Дмитрий Иванович был замечательным педагогом, которого ученики не только уважали, но и любили. Косвенно это повлияло на уход ученого из Университета, когда в 1890 г., во время студенческих волнений, учащиеся передали через любимого профессора петицию правительству с требованием реформы образования. Дмитрий Иванович пытался передать петицию министру народного просвещения И. Д. Делянову, однако уважаемому профессору указали на недопустимость таких действий. Так была завершена более чем сорокалетняя педагогическая деятельность Д. И. Менделеева. В дальнейшем он служил с 1892 г. в Депо гирь и весов, преобразованном по его инициативе в Главную палату мер и весов. На новом поприще ученый модернизировал основные метрические устройства, создал точную теорию весов, предложил наиболее оптимальные приемы взвешивания.
Он известен, прежде всего, как автор периодической таблицы («Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве»), которая зачастую именуется таблицей Менделеева. Это был ученый-энциклопедист, оставивший свой след в различных сферах науки. В нашей стране его знают в связи с его докторской диссертацией, защищенной в 1865 г., на тему «О соединение спирта с водой», которая, как считают некоторые, положила начало 40-градусному стандарту водки. Разработанные им приемы агротехники позволили существенно увеличивать урожайность земель. Его сотрудничество с Военным министерством привело к ряду открытий в сфере упругости газов, а затем и к изобретению бездымного пороха, что повлекло за собой коренные изменения в конструктивных возможностях артиллерийских орудий. Кроме того, ученого можно считать одним из пионеров воздухоплавания в России, вокруг которого группировались новаторы и изобретатели в данной сфере, такие как А. Ф. Можайский, С. К. Джевецкий и др. Он сам неоднократно поднимался в воздух на воздушном шаре, спроектировал аэростат с двигателем. Но и это еще не все. Совместно с адмиралом С. О. Макаровым Дмитрий Иванович участвовал в проектировании первых отечественных ледоколов, при его непосредственном участии были выработаны технические условия для первого в мире ледокола «Ермак».
Несколько меньше Дмитрий Иванович известен как видный экономист и финансист, хотя и эта сторона его деятельности затронута в ряде исследований[294]. Он активно занимался проблемами развития нефтяной, угольной и металлургической промышленности. Им был предложен принцип непрерывной дробной перегонки нефти, высказывались идеи о создании нефтеналивного флота и системы нефтепроводов. Дмитрий Иванович лично участвовал в разработке технологий для первого в России завода по производству машинных масел, который был построен в поселке Константиново Ярославской губернии. Он считал это первым шагом к созданию нефтеперерабатывающих заводов на Волге, дабы «осветить и смазать всю Россию».
В 1876 г. по поручению правительства он посетил американский штат Пенсильвания, где знакомился с добычей и переработкой нефти. Затем были опубликованы результаты сравнительного анализа состояния нефтяной промышленности[295]. Но его интересовали не только технологические проблемы переработки нефти, но и финансовые[296]. По поручению министра финансов М. Х. Рейтерна он также собрал сведения в связи с отменой в США акцизного обложения нефти. Результатом этой командировки стала «Записка об акцизе на нефть», представленная министру финансов Н. Х. Бунге[297]. В ней он доказывал неуместность акциза на нефть в предстоящую эпоху развития отечественной нефтяной промышленности. Д. И. Менделеев писал, что «интересы страны заставляют, облагая нефть акцизом, при выходе ее за границу – слагать налог», и здесь необходимо мерило для установки правильного возврата акциза. Весьма актуально звучит и утверждение автора о том, что «находчивость экспортеров принуждает правительство возвращать более, чем следует, а через то страдают интересы не только фиска, но и общей справедливости»[298]. Более того, как предсказывал ученый, в Америке уже давно, а у нас в ближайшем будущем, вывоз нефтепродуктов должен превосходить внутреннее их потребление.