在養病期間,門得列夫也不忘進修。他的努力終於被肯定,得前往歐州留學。在法國及德國留學兩年之後,回到曾經拒絕他入學的首都大學去教化學。
當他開始編寫課本時,他立即碰上難題。當時已知道的元素雖然有大約六十種,可是沒有適當的理論能把它們整理成一個系統。原子量就是最重要的關鏈。由於貝爾史密斯等人的努力,已知道各種元素的正確原子量。門得列夫以原子量的大小順序試將元素排好來看。除他以外也有許多化學家做過同樣的事,只是他的排法跟別人不一樣。由左至右,按原子量的大小順序排的同時,將原子價相似的元素上下排成縱列。依照這樣排成的就是被稱為化學的聖經的「周期表」的原形。
造好了周期表一看,門得列夫發現表上有幾個空格。他認為那些空格是屬於尚未發現的元素。而於一八六九年預測那些缺席元素的性質。
當時沒有人重視他的那些預言。到了六年後,缺席元素之一的鎵被發現,而其性質和門得列夫所預言的性質完全相同。到此,學界才開始重視門得列夫的預言。對於從古代人類一直在想的「元素是什麼」這個問題,周期表提供了不少答案。
門得列夫是十四兄弟中的老么。父親是俄國托波斯克的中學校長。小時候父親就去世,所以從小就吃了不少苦。少年時期,從被放逐到西伯利亞來的政治犯得到有關科學的不少知識。母親看出門得列夫有非凡的才華,為了讓他接受最高教育,舉家搬到當時的首都,現在的列寧格勒。可是當時的學區制度非常嚴格,在西伯利亞受過教育的人沒有資格進首都的大學。由於母親的四處奔波,門得列夫最後獲准進教育大學。可是不久患了肺病,他的病情雖然好幾次使醫生們束手無策,由於住院治療及換地療養適宜逐漸有了起色,終於回復健康。