Автор фундаментальных исследований по физике, метрологии, воздухоплаванию, приборостроению, метеорологии, сельскому хозяйству, экономике и народному просвещению, тесно связанных с потребностями развития России.

Родился в Тобольске Тюменской области в семье директора гимназии; был младшим из 17 детей. В 1849 году окончил Тобольскую гимназию. Высшее образование получил при отделении естественных наук физико-математического факультета Главного педагогического института в Петербурге.

В 1864–1866 годах был профессором Петербургского технологического института. В 1865 году защитил докторскую диссертацию «О соединении спирта с водой» и тогда же был утвержден профессором Петербургского университета.

Открытие им периодического закона датируется 1 марта 1869 года, когда он создал работу под названием «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве». Это был результат долголетних поисков. Менделеев составил несколько вариантов периодической системы и на ее основе исправил атомные веса некоторых известных элементов, а также предсказал существование и свойства еще неизвестных. После открытия предсказанных им элементов (галлия, германия, скандия) периодический закон начал получать признание. Периодическая система — это своего рода путеводная карта при изучении неорганической химии и в исследовательской работе в этой области.

Менделеев также выступил организатором и первым директором Главной палаты мер и весов —метрологического и поверочного учреждения Российской империи.