這所大學隻有100餘人，從屬於著名的彼得堡大學，所以這裏的大部分課程由彼得堡大學派來的教師來講授，其中有許多著名的科學家。由於學生人數少，學生可以與任課的老師朝夕相處，他們可以在一起隨時隨地切磋(ｃｕō)學問，這使得學生進步很快。
在這裏，最令門捷列夫感到欣喜的還是他的幾位老師，正是他們把門捷列夫帶入科學研究的神聖殿堂。
彼得堡數學學派的奠基人，著名數學家米哈依爾·奧斯特羅拉德斯基和電磁感應理論的提出者、著名物理學家米裏·赫利斯欽諾維奇·楞茨對門捷列夫影響很大。他們深入淺出的講解，使得門捷列夫對數學和力學發生了濃厚的興趣。被稱為“大自然實驗家”的地質學家、礦物學教授斯切潘·庫托爾加以淵博的學識和無與倫比的口才，受到了學生們的熱烈歡迎。他的課令學生們如癡如醉，往往在不知不覺中一節課就結束了。
在上庫托爾加的課程時，門捷列夫可以說是一個最熱心的學生。每次他總是坐在第一排，能夠一字不落地把庫托爾加的講課內容給記下來。一個學期下來，門捷列夫就記了整整6個大本子的課堂筆錄。
機會總是降臨在有準備的人身上。
“米佳同學，你願意和我一道進行暑期考察嗎?我和幾位老師已經約好準備到高加索地區遊曆一番。這次的主要目的是想考察那裏的礦物和植物。但我們缺少一個肯於動手，善於采集標本的助手。我征求了大家的意見，大家都提到了你，希望你能做我們的助手。”庫托爾加熱情地向門捷列夫提出了邀請。
“謝謝庫托爾加先生。如果能和你們一起出去考察，那正是我夢寐以求的，但願我能完成你們交給我的任務。”門捷列夫滿心喜悅地答應了下來。
就這樣，門捷列夫陪同庫托爾加等三位彼得堡大學的老師遊曆了高加索地區，他們的這次長途跋涉跋涉：爬山水，形容旅途艱苦。進展得非常順利，也取得了許多成果。
門捷列夫利用這個暑期的旅行，不但從老師那裏學到了很多知識和經驗，增長了博物學方麵的知識，而且還開闊了視野。
1857年1月，年僅22歲的門捷列夫被批準成為彼得堡大學化學教研室的副教授。這個消息在彼得堡乃至整個俄羅斯的化學界都引起了轟動。大家都認為，這個副教授一定會是俄羅斯化學界權威——齊寧和沃斯科列森斯基的最好的接班人。
老來驚人
門捷列夫早在擔任教授期間，感到化學中還有許多許多的問題沒有解決。就拿化學元素來說吧，當時世界上已發現了64種。還有沒有新元素?如果有，能不能用最簡單的方法發現?把這些先後發現的元素按順序排列起來，它們之間有沒有聯係和規律呢?這些問題一直在門捷列夫的腦海裏翻來覆去。
為了弄清這些問題，門捷列夫除了教學外，不分白天黑夜，寫啊，算啊，試驗啊，甚至吃飯、睡覺、走路的時候，也在思考著。編製一張化學元素周期係的圖表。
門捷列夫接連三天三夜沒有睡覺，坐在辦公桌旁研究、計算，畫出的草稿扔了一地，但是總也沒有畫出一張滿意的圖表來。
“安東!”門捷列夫興奮地把仆人喊了進來，他已經百思不得其解許多天了，今天突然有了一個想法。“到實驗室去找幾張厚紙，把它們和筐(ｋｕāｎɡ)一起拿來。”
安東見主人今天吩咐自己幹這些，莫名其妙莫名其妙：沒有人能說明它的奧妙(道理)，表示事情很奇怪，使人不明白。地聳聳肩，很快就拿來幾大卷厚紙。
“快幫我把它剪開。”門捷列夫在紙上打了許多方格子，吩咐說，“所有的卡片要像筆記本那樣大小，我要在上麵寫字。”
安東邊幹活，邊用不解的眼神望著主人，心裏想到：“今天主人怎麼了?”
一堆整整齊齊的卡片做好了。門捷列夫坐在書桌前一直工作到深夜。他非常認真地在每一張卡片上寫上元素的名稱、原子量、化合價、化合物的化學式及其主要特性。門捷列夫寫好一個就扔進筐裏一個，慢慢地筐裏裝滿了卡片，卡片注明了當時關於每種元素的已知材料。
第二天，門捷列夫把這些卡片加以整理，然後像打撲克牌一樣，把它們排列在桌子上，進行細心的比較和對照。門捷列夫首先按原子量大小排列……毫無結果。後來，他打亂了這種排列方式，把手中的卡片按照元素的性質再分別排列成幾行，……還是找不出動人的“旋律”旋律：樂音經過藝術構思而形成的有組織、有節奏的和諧運動。。
一天，門捷列夫的好友，彼得堡大學地質學教授依諾斯特蘭采夫來拜訪他。
“你在玩什麼遊戲?”依諾斯蘭采夫見門捷列夫手裏拿著撲克牌樣的卡片，神情嚴肅、專心致誌地站在書桌旁邊，於是問道，“是在玩牌嗎?”
門捷列夫向他的好友談起了他的想法和工作，依諾斯特蘭采夫聽完門捷列夫的介紹，由衷(ｚｈōｎɡ)地敬佩他的魄力和智慧，“我看，你在排列組合的時候，無妨再準備一個表格，這樣更容易看出其中的奧妙。”
門捷列夫接受了好友的建議，他又製成幾張表格放在身邊，隨時把排列的結果填在上麵。
但到底按什麼標準來排列呢?門捷列夫還是不得要領。無妨再來一遍，從最基本的做起——原子量。
漸漸地，門捷列夫看到了黎明的曙光曙光(ｓｈǔ)：清晨的日光，比喻已經在望的美好的前景。，隱隱約約發現了動人的旋律，雖然有幾個“音符”還不那麼和諧(ｘｉé)，但它的大致輪廓(ｋｕò)已經出來了：如果把元素按原子量的遞增而依序排列，元素的金屬性越來越弱，非金屬性越來越強，並且當這種變化趨勢繼續下去，會突然發生一個中斷，出現金屬性極強的元素來。同樣，再繼續下去，金屬性又會逐漸減弱。這樣看來隱藏在元素中間的竟然是這樣美妙絕倫的音樂，它像7個音符一樣，周期性地出現。
門捷列夫興奮地在書房內踱(ｄｕó)著步。“這就是說，元素的性質與它們的原子量是周期性的關係!”但這樣的猜想有一個繞不開的障礙，在鋅和砷(ｓｈēｎ)之間還有兩個空位。門捷列夫停住腳步，靜靜地思考了一會兒，大膽地作出了一個推論：“這些空位屬於兩個尚未發現的元素，並且它們在性質上也應該和鋁和矽相近。”
門捷列夫迅速地走到書桌旁，抓起鉛筆在紙上寫道：“根據元素的原子量及其化學近似性試排的元素周期表。”
1869年2月，門捷列夫製成周期表之後，不等《化學原理》出版，就立刻把周期表印成單頁，分送給一些物理學家和化學家。
門捷列夫發現了元素周期律後，並沒有贏得大多數人的讚揚，迎來的卻是無休止的冷嘲熱諷。
最讓門捷列夫不可思議的是俄國的一些化學研究界的權威也站出來說話了，“門捷列夫先生，我聽說你已經把《化學原理》丟掉不寫了，連實驗也扔下不做了，去搞什麼周期表。以我的經驗來看，化學研究如果不進實驗室的活，那就不叫化學研究，而叫亂猜謎語，也就是不務正業!”門捷列夫的老師，著名的化學家齊寧語重心長地勸說道，“你像迷失了方向的羔羊，而現在俄羅斯正需要你來幹些正經的事，做些實在的工作。”
門捷列夫真正體驗到了什麼叫所謂的“冷遇”，它像無處不在的冷風一樣包裹著門捷列夫，雖然他已經是一位功成名就的大教授了，但這種精神壓力卻也讓他無法忍受。他覺得自己被人深深地誤解了，他所有的推測和結論完全是根據多次實驗的結果，經過嚴密的思考得來的，隻是自己的結論太超前了，太驚人了，沒有人敢真正相信它。
這時候，更多的人們並不理解什麼叫作元素周期律，他們懷著疑惑和不解，打聽和追問著：“你說說，到底什麼叫元素周期律，它有什麼用途啊?!”
時間到了1875年9月20日，遠在法國的巴黎，化學家勒科克·德·布阿博德朗在巴黎科學院的例行報告會上，高聲宣讀了他的一篇論文，論文的內容一下子震動了世界。報告說，布阿德博朗在用光譜分析的方法對一些礦物質進行分析的時候，發現了一種新的元素“镓”(ｊｉā)，並聲稱它的原子量是69．9，熔點不高，比重是4．7，是一種金屬性質的元素等等。最後，他把這些實驗的數據發表在《巴黎科學院院報》上。
能夠發現一種新元素簡直是科學界驚天動地的事。布阿博德朗贏得了公眾的讚譽，發給他的祝賀信像雪片一樣飛過來，他簡直有點應接不暇了。時間過去不久，布阿博德朗收到了從遙遠的俄羅斯寄過來的一封信，他慢悠悠地拆開，他讀下去的時候，禁不住大吃一驚，感覺到這封信的價值將是不可估量的，於是他又把這封信展開到書桌前，仔細研究起來。
這位寄信的俄羅斯人除了在信中對他的發現表示祝賀外，還明確地指出他在新元素“镓”的數據上犯了一個不小的錯誤——镓的比重應該是在5．9～6．0之間，而不是4．7；同時信裏還詳盡地描述了許多關於镓及其化合物的性質。更令人驚奇的是，這位發信人說早在4年前，他已經發現了這種新元素，不過不叫“镓”，而叫作“類鋁”。信的最後署(ｓｈǔ)名為德米特·伊凡諾維奇·門捷列夫。
原來，門捷列夫密切地關注著世界各地的化學研究文獻，當他在翻閱《巴黎科學院院報》時，眼光落到了布阿博德朗的文章上，閱讀下去發現所謂的“镓”與自己在預言的“類鋁”在性質極為相似，隻是在比重的數值上有些出入。於是，門捷列夫迫不及待地給布阿博德朗寫了一封信。
布阿博德朗作為一名治學嚴謹(ｊǐｎ)的科學家，並沒有固執己見固執己見：堅持己見，不肯改變。，馬上反駁，而是重新提純了镓，用提純了的镓再次測定它的比重。奇跡發生了，這次測定的比重完全在門捷列夫所指定的範圍之內——5．94，並且經過布阿博德朗的多次實驗，镓的性質幾乎與門捷列夫所預測的一模一樣。這驚人的一致怎能不令人感到神奇!
這一個消息很快地就傳遍了全世界，整個化學界都為元素周期律的證實而感到震驚，莫非門捷列夫真的對了?！
1879年，瑞典化學家尼爾森發現了一種新的元素，他把它命名為鈧(ｋàｎɡ)。他經過實驗發現鈧的性質與門捷列夫預言的“類硼”完全一致。尼爾森這樣寫道：“這就顯然證實了俄國化學家的理論——不但可以預知所謂元素的存在，而且還可以進一步知道其重要的化學性質。”
一生福禍
在大學求學那幾年，即使是冬季，每天大清早，門捷列夫總是迎著刺骨的寒風抱著一堆實驗資料，第一個來到實驗室。這樣，雪地上總是最先留下門捷列夫的腳印。等同學們都起來後，看看雪上的腳印，就知道門捷列夫已經在實驗室裏工作大半天了，因為那些新鮮的足跡已經不再新鮮了，一層剛降落的雪，又鋪在它們的上邊。
緊張的學習，刻苦的鑽研，還有夜以繼日的實驗室裏的各項工作，使得門捷列夫日漸消瘦下去。他已經感到食欲大減，有時竟感到呼吸困難。看來，他非得去看看醫生不可了。1854年的春天，門捷列夫被診斷患(ｈｕàｎ)有嚴重的肺結核。
師範學院的師生們都為門捷列夫的身體擔心。校長先生認為門捷列夫可以破例轉到基輔大學繼續學習，因為那裏的氣候條件對病情的恢複有很好的輔助作用。門捷列夫婉言謝拒了校長的好意，因為他實在是離不開自己朝夕相處朝夕相處：天天在一起。的老師們，離不開啟蒙恩師沃斯科列森斯基，更離不開自己剛剛開始的化學研究工作。
在門捷列夫生活的那個時代，得了肺結核幾乎就等於被判了死刑。靠當時的醫療條件，生還的希望幾乎為零。醫院所做的隻是稍微延長一下病人的生命而已。門捷列夫更了解這一點，他說服了醫生，決定與死神搏鬥一下，用剩下不多的時間來完成手邊的幾個課題。
門捷列夫索性把自己的病房變成了一間小小的工作室。在同學們的幫助下，他把所需的實驗器材、研究資料、書籍等等都搬到身邊。醫院的大夫和護理人員原先都認為門捷列夫是一個在死亡線上掙紮的病人，對他有幾分可憐和惋惜。沒想到這個小夥子卻有這樣頑強的意誌和生命力，他們內心不禁產生欽(ｑīｎ)佩和崇敬之情。門捷列夫自住院以來，抱著重病之軀(ｑū)，連一天也沒有休息過，他一直在進行他的研究工作。
奇怪的事還真的發生了。門捷列夫越是努力工作，越是拚了命地做實驗，他的病情不但沒有因此而惡化，反而出現了好轉的跡象。門捷列夫拍拍自己的胸脯，覺得比剛住院那一陣好多了。他對自己的化學研究更加有信心了。難道是這不停息的工作擊退了死神的進攻?
在不知不覺中，門捷列夫在彼得堡師範學院五年的學習生涯結束了。他以畢業考試第一名的成績獲得了學院學術委員會授予的金質獎章。他的畢業論文發表在1856年的《礦業雜誌》上，由於學術價值極高，同年又出版了單行本。這對一位青年學子來說真是一種莫大的鼓勵。
1855年8月25日，門捷列夫踏上了去南方辛菲羅波爾任教的旅程。此刻，門捷列夫的心情是極其壓抑鬱悶鬱悶：煩悶；不舒暢。的，因為自己本應該被派往科研條件較好的敖(áｏ)德薩去的。可是陰差陽錯，由於教育部門的一個工作疏忽，把他送上了另外的一個小城辛菲羅波爾。