Периодический закон не только установил четкую систему взаимозависимости физических и химических свойств веществ, но и дал Д. И. Менделееву возможность предсказать открытие ряда новых, до того времени неизвестных, элементов, предопределив их свойства. В течение последующих лет исследователи открыли все недостававшие в периодической системе элементы (галлий, скандий, германий, нептуний, плутоний, америций и др.), полностью подтвердив предсказания Д. И. Менделеева.

На основании периодического закона Д. И. Менделеев внес ряд исправлений в величины атомного веса и данные о свойствах некоторых элементов, которые до этого не вызывали сомнений. Вычисленные на основе закона Д. И. Менделеева атомные веса индия, бериллия, титана, церия, урана и платиновых металлов оказались правильными, в отличие от полученных до этого экспериментальных данных. Предсказание новых элементов и исправление атомных весов известных ранее элементов на основании периодического закона были подлинным триумфом Д. И. Менделеева.

Борьба так называемой «немецкой школы» за ведущее место в Российской академии наук сказалась при выборах в Академию наук в 1880 году, когда Д. И. Менделеев был забаллотирован и академиком был избран посредственный химик Бейльштейн. Этот факт вызвал многочисленные протесты со стороны общественных и научных кругов России.

В 70–90–х годах Д. И. Менделеев изучал нефтяные, каменноугольные и железные месторождения России и Пенсильванские нефтяные залежи в Америке. На основании своих поездок и детального изучения сырьевой и топливной базы России он опубликовал ряд технико — экономических исследований и статей о необходимости подъема отечественной каменноугольной, нефтяной и металлургической промышленности, намечая многочисленные и смелые мероприятия скорейшей реализации своих проектов. В тот же период он проводил многочисленные исследования по сжимаемости газов, по сопротивлению жидкостей, изучал растворы, занимался метеорологией и вопросами воздухоплавания. В связи с последними работами, желая исследовать верхние слои атмосферы, Д. И. Менделеев в 1887 году совершил полет на воздушном шаре, наблюдая солнечное затмение. Полет на воздушном шаре в то время являлся рискованным, особенно при отсутствии специалиста — пилота, которого Д. И. Менделеев в последний момент перед подъемом попросил остаться на земле, так как выяснилось, что из‑за Дождя шар намок и не мог поднять двух пассажиров. Подобная смелость была проявлена Д. И. Менделеевым и в других случаях, когда дело касалось науки.

В 1890 году после 23 лет преподавания Д. И. Менделеев покинул Петербургский университет. Д. И. Менделеева приглашают в Лондон для чтения Фарадеевской лекции, избирают членом многочисленных иностранных академий, обществ, премируют почетными званиями и медалями. Д. И. Менделеев был избран Почетным членом Американской, Ирландской и Югославской академий наук, Дублинского королевского общества; действительным членом Лондонского королевского общества, Эдинбургского королевского общества; Римской, Бельгийской, Датской, Чешской, Краковской и других академий наук. Многочисленные иностранные университеты — Кембриджский, Оксфордский, Геттингенский, Принстонский и другие — избрали его почетным доктором. Он был избран также почетным членом нескольких десятков других иностранных обществ.

После ухода из университета Дмитрий Иванович сосредоточился главным образом на технических и экономических вопросах, ведя одновременно научную и большую литературную работу.

В 1898 году он был назначен хранителем (управляющим) Главной палаты мер и весов. В последние годы своей жизни Д. И. Менделеев выпустил «Заветные мысли» и ряд статей, в которых высказался о важнейших проблемах народного хозяйства и культуры.