Во многих, более поздних высказываниях Менделеева и в его докладах в Вольном экономическом обществе сельскохозяйственные увлечения той поры выявляются во всех своих частностях. Помимо агрохимии, почвоведения, он был озабочен продвижением науки в народнохозяйственную жизнь. В обрывках «мыслей и мнений», собранных в «коробе воспоминаний» Капустиной-Губкиной, есть одно весьма примечательное высказывание Менделеева, неизвестно, впрочем, к какому периоду жизни относящееся. Он говорил как-то о том, что в будущем труд крестьян, вооруженных знанием и техникой, станет разновидностью умственного труда.
После назначения профессора Воскресенского попечителем Харьковского учебного округа Менделеев в октябре 1867 года получил в университете кафедру неорганической химии (он ее называл общей), которую возглавлял в течение 22 лет. Это период наибольшего расцвета его научной и педагогической деятельности.
Многие стремились в своих воспоминаниях передать образ Менделеева-профессора. Особенно ярко и эмоционально это получилось у его ученицы на Высших женских курсах, а впоследствии сотрудницы в Палате мер и весов О. Э. Озаровской: «С живописной львиной головой, с прекраснейшим лицом, опираясь на вытянутые руки с подогнутыми пальцами, стоит высокий и кряжистый Менделеев на кафедре… Если речь заурядного ученого можно уподобить чистенькому садику, где к чахлым былинкам на подпорочках подвешены этикетки, то речь Менделеева представляла собой чудо: у слушателя из зерен мыслей вырастали могучие стволы, ветвились, сходились вершинами, буйно цвели, и слушатели заваливались золотыми плодами. Про этих слушателей можно сказать одно: счастливцы!»
Готовясь к изложению своего предмета, Менделеев понял, что ему нужно создать не просто курс химии, а настоящую большую науку Химию, потому что она до того времени не была объединена общей теорией, не была согласована во всех своих частях. Записанные студентом Никитиным лекции обрабатывались, дополнялись, изменялись и в таком расширенном виде составили первый том капитального труда «Основы химии» (1868), а через три года появился и второй том.
По этой книге училось несколько поколений химиков в России и за рубежом. При жизни Менделеева «Основы химии» изданы восемь раз; пять раз переиздавались в Советском Союзе; выходили в других странах на английском, немецком, французском языках. Каждое новое прижизненное издание было уточненным и дополненным. Незадолго до смерти Дмитрий Иванович писал: «Эти “Основы” — любимое дитя мое. В них мой образ, мой опыт педагога и мои задушевные научные мысли».
По воспоминаниям Г. Густавсона, однажды некий составитель руководства по химии, даря Менделееву свою книгу, подчеркнул, что теоретическое содержание отделено в ней от фактического и практического, и он считает это большим достоинством. Дмитрий Иванович со свойственной ему прямотой и эмоциональностью заявил, что это как раз недостаток. Загружая читателя фактами, вместо того чтобы разъяснять им законы, управляющие фактами, автор рискует оказаться в положении аристотелевского сапожника, снабдившего своего ученика запасов готовых сапог, вместо того чтобы научить его, как нужно тачать сапоги.