他寫道：“根據這些觀察，顧問羅蒙諾索夫先生斷定：金星周圍有著如包圍我們地球的那種有用的大氣。”這一發現，比其他一些歐洲科學家早了好幾十年。
羅蒙諾索夫還對地質學有很深的造詣。他在晚年出版了《礦冶入門》一書。他寫道：“必須牢牢記住：地球上一切可以看到的有形物體和整個世界，在它們剛剛創立的時候，並不是我們現在所看到的狀態；但在世界上發生了巨大的變化……因而無怪乎許多人認為我們所看到的一切一開始就是由上帝創造的，仿佛不僅僅是山脈、山穀和水流，而且各種礦物也都是和整個宇宙同時產生的。因而據說不必研究它們的起因，不必研究它們的內部性質和分布位置為什麼不同。這樣一些論斷對於整個科學的發展非常有害，因而對於地球的自然知識，特別是對於礦業的技能也極其有害。一個自作聰明的人，隻要他背熟了‘上帝這樣創造’這幾個字，把它當做一切原因的回答，那麼就很容易變成一位哲學家。”
為了證實大自然變易性的觀念，羅蒙諾索夫援引了有關地球表麵各地發現的植物和動物化石殘骸的資料。他駁斥了那種認為動物的化石殘骸是自然界的偶然玩意的錯誤見解，同時第一次在科學界指出了化石動物外殼的化學成分是與現代活著的類似生物外殼的成分相似的。
羅蒙諾索夫並沒有把自然界的變化僅限於地球氣候的變化，以及和這種變化有關的動植物界的變化。他最先指出岩石、礦物的變化，指出非常緩慢地，但不停地在地殼上進行的物理化學過程。隻是經過許多年以後，這些觀點才普遍推廣。因此，我們有充分權利認為羅蒙諾索夫是研究地殼上所發生的物理化學過程的科學的創始人。後來這門科學被稱為地質化學。
羅蒙諾索夫認為地球表麵構造是與地球內部構造有密切聯係的。他寫道：“地球表麵，一般的說地球的上層乃是下層的一部分，而在毗鄰的地方，它一方麵從下層因襲了許多成分，同時又把自己的成分給予下層。”因此，地球表麵的變化是和地球內部所發生的過程相聯係的。
羅蒙諾索夫認為，地球表麵變化的原因之一就是水和風的作用。其次就是地震，他斷言：“世界上任何一個地方都不可能完全停止地震”。
1758年，羅蒙諾索夫被任命為地理學部主任，地理學部當時的主要任務是編製精確的俄國地圖。在他的領導下，1763年已編製好9份地圖準備付印。
羅蒙諾索夫很早以前就有“找出能經過西伯利亞海洋通往東印度的道路”的想法。他在1752年寫道：
那嚴峻的大自然，
要把西岸到東方的航路
瞞住我們已是枉然。
我已用慧眼看見：
俄國的哥倫布蔑視命運，
匆匆行走在冰雪中間。
由於想找一條通往日本、美洲、印度的無冰航路，在研究北冰洋的性質時，他仔細地研究了各種極地探險的報告，他曾和那些在北極航行的漁業家、商人長談。他耐心地問他們關於航行的情況、冰的範圍、一年四季的溫度。根據仔細研究北冰洋性質的結果，羅蒙諾索夫確信在斯匹次培根群島和新地島之間應該有一條北洋航線。由於他相信自己結論的正確性，他於1763年向海軍部提出了北洋航線計劃。
在長時間的拖延之後，終於通過了派遣探險隊的計劃，並在羅蒙諾索夫去世的當年於1765年5月9日出海，但不是按照羅蒙諾索夫提出的線路，而是選在斯匹次培根群島和格陵蘭之線，結果隻是中途而返。
一直到1871年，奧地利極地探險隊才在羅蒙諾索夫曾經預言過的那個地方發現了沒有冰的海洋。
青年時代所遭受的艱苦生活，高度緊張的工作以及和“俄國科學之敵”頑強鬥爭的損害，使他的強壯的身體漸漸不支，在18世紀60年代裏經常生病，變得更加易暴易怒，和舒瑪赫及“當然的”繼承者、科學院辦公廳主任陶貝特及其他院士的爭論越來越頻激。
不僅為了批評，而且為了想得到科學院正常工作所必需的條件，羅蒙諾索夫訂出了詳細的科學院章程。
按照羅蒙諾索夫的想法，科學院的主要任務是盡量促進國家經濟和文化的發展。這個機關應該是俄羅斯民族的機關，而科學院院士應該是“俄羅斯血統的人”。科學院應轉交給科學院院士自己來管理，要求取消科學院辦公廳的無限權力。他的這些建議雖然沒有被批準，但在他逝世後，其中許多建議得到了實現。
在晚年，羅蒙諾索夫的聲望已經遠揚國外。他在1760年被選為瑞士科學院的名譽院士。他於1761年向瑞典科學院提交了《論北洋冰山的起源》的論文，用瑞典文刊登在《瑞典科學院報告》上。1763年10月10日，羅蒙諾索夫非常隆重地當選為藝術科學院的名譽院士。1764年3月12日，意大利雜誌《佛羅倫薩科學公報》刊登了一篇詳細評述羅蒙諾索夫著作的長篇文章。同年4月13日被選為波倫科學院院士。
羅蒙諾索夫的著作及對其著作的評論已經用俄語、拉丁語、德語、法語、意大利語以及瑞典語刊登出來。
1765年早春，羅蒙諾索夫因患重感冒而臥床不起，健康狀況一天天惡化，臨去世的前幾天，他對他的朋友、科學院院士斯捷林說：“我知道我要死了，我冷靜地看待死亡，遺憾的隻是我不能夠完成我為祖國利益、為科學的發展、為科學院的光榮所從事的一切，現在，在我快死的時候，我知道我的一切有益的願望將和我一起消失。”
1765年4月4日，羅蒙諾索夫逝世了，享年54歲。俄國的一些優秀人物給他以很高的評價。普希金這樣說他：“羅蒙諾索夫是一個偉大的人。他建立了第一所大學。說得更好一些，他本人就是我們的第一所大學。”別林斯基寫道：“羅蒙諾索夫仿佛北極光一樣在北冰洋岸發出光輝。這個現象光耀奪目，異常美麗。這證明了一個人可以適應任何情況和任何氣候，因為天才能夠戰勝厄運所設下的一切障礙；最後，還證實了一個俄羅斯人是能完成一切偉大而優美的事業的。”
“羅蒙諾索夫以其巨大的毅力和智力囊括了各方麵的知識。這種科學熱望是內心充滿熱情的強烈願望。他是曆史學家、修辭學家、化學家、礦物學家、藝術家和詩人——所有這一切，他全都嚐試了，而且全都諳識了。”
羅蒙諾索夫，無愧於“俄國科學之父”。