35 лет посвятил Д. И. Менделеев преподаванию. Он преподавал в Симферопольской и Одесской гимназиях, во 2-м Кадетском корпусе, Инженерной академии, Институте инженеров путей сообщения, Петербургском университете, на Высших женских курсах и в Технологическом институте. Д. И. Менделеев глубоко верил в преобразующую силу просвещения. "Поднять страну может только самостоятельная подготовка самостоятельных в научном отношении людей, которые могли бы других учить, а без этого никакие дальнейшие планы немыслимы", - писал он. Д. И. Менделеев был убежден, что без правильной организации среднего образования и высшая школа не может получить своего настоящего развития. Он был сторонником хорошо продуманной и организованной общей системы образования, заботу по организации которой, по его мнению, должно взять на себя государство. "Учебные заведения для первоначального, среднего и высшего образования могут приносить наибольшую пользу только при условии непрерывности (курсив Д. И. Менделеева). Под этим словом я подразумеваю возможность для талантливых учеников низших училищ беспрепятственного перехода в высшие заведения" (Д.И. Менделеев. Собр. соч. Т. 23. С.55).
Д. И. Менделеев считал необходимым в средней школе расширить объем преподавания естественных наук за счет сокращения курсов древних языков. Он писал: "Предметы, входящие в состав общего образования, должны обогащать запас знаний в ученике и способствовать к развитию душевных сил. К числу предметов, могущих при обучении принести большое число плодов, принадлежат языкознание и естествознание" Начиная свою педагогическую деятельность в гимназии при Ришельевском лицее в Одессе, Д. И. Менделеев разработал проект кабинета и программу естественных наук для гимназий.
Воспитанник замечательных русских педагогов П. П. Ершова, А. А. Воскресенского, Э. Х. Ленца, Ф. Ф. Брандта, сам сын учителя, Д. И. Менделеев хорошо понимал решающую роль в деле воспитания и обучения педагогических кадров. Вопрос о подготовке учителей и профессоров занимает в его педагогических работах центральное место. Считая необходимой организацию особых высших учебных заведений для подготовки учителей, Д. И. Менделеев разработал проект создания "Главного училища наставников". В работах Д. И. Менделеева, посвященных народному образованию, большое внимание уделяется вопросам высшего образования. Основную задачу он видел в том, чтобы воспитывать научное мировоззрение студентов, научить их самостоятельно мыслить.
Д. И. Менделеев принимал непосредственное участие в организации многих учебных заведений и лабораторий России, в т.ч. сибирских (Томский государственный университет и Томский технологический институт. В Музее ИНТЗ ТюмГНГУ имеется фотоматериал об открытии Томского государственного университета. Целые поколения химиков являются учениками Менделеева (и те ,кто слушал его лекции, и те , кто изучал химию по его "Основам химии"). Д. И. Менделеев был замечательным лектором, "...он проникновенно излагал самые трудные и сложные вопросы с необычайной ясностью и простотой, делая их понятными даже для недостаточно подготовленных слушателей". В марте 1890 г. Менделеев ушел из Петербургского университета, оборвав тем самым свою более чем 30-летнюю педагогическую деятельность. В неотправленном письме С. Ю. Витте он писал (август 1903): "...утомленный 35-летнею профессурою, я решился ее совершенно оставить, тем более, что возобновляющиеся студенческие беспорядки просто влияли на мое не крепкое здоровье, а начавший действовать новый университетский устав (1884 г.), очевидно, начал уже гасить светлые стороны лишь недавно возбужденной нашей научной деятельности и понизил влияние чистой науки на молодежь". Мысли, касающиеся проблем педагогики, высказанные Д. И. Менделеевым в его книгах, статьях и выступлениях, представляют не только исторический интерес, но и во многом сохраняют значимость и в наши дни. С осени 1890 г. Менделеев практически целиком посвятил себя работам в области экономики и техники, а в ноябре 1892 г. принял предложение Витте занять должность "ученого хранителя" Депо образцовых мер и весов (с апреля 1893г. - Главная палата мер и весов (ГПМВ). Свою работу он начал с воссоздания новых "прототипов" основных мер длины и веса и их копий и тщательной сверки их с уже существовавшими европейскими эталонами. В результате в июне 1899 г. в России был введен новый закон о мерах и весах, который устанавливал основные единицы измерений - фунт и аршин. Менделеев настоял также на включении в этот закон пункта, разрешающего факультативное применение международных метрических мер - килограмма и метра. Кроме того, он внес ряд усовершенствований в конструкции весов и разработал оригинальный метод взвешивания - при постоянной нагрузке. Размах общественной, научно- организационной и чисто исследовательской деятельности в последние 20 лет жизни Менделеева только увеличивался. Он совершил поездки в Донбасс, где по заданию правительства изучал причины кризиса каменноугольной промышленности, также по поручению правительства возглавил экспедицию на Урал в 1899 г. с целью определения причин упадка старейшего и крупнейшего центра металлургии, участвовал в работе по пересмотру таможенного тарифа, вел исследования по созданию бездымного пороха, переиздал в существенно переработанном виде "Основы химии", готовил экспедицию и проектировал ледокол для проведения научных исследований в высоких широтах, работал над двумя итоговыми монографиями - "Заветные мысли" и "К познанию России". В экспозиции Музея ИНТЗ используются последние работы Дмитрия Ивановича, в т.ч. прижизненное издание.
