En 1869 publicó la mayor de sus obras, Principios de química, donde formulaba su famosa tabla periódica, traducida a multitud de lenguas y que fue libro de texto durante muchos años.
Fue un defensor de la ciencia aplicada y de los estudios para mejorar las técnicas de producción industrial en numerosos ámbitos. Contribuyó a la construcción de la primera refinería petrolera de Rusia, planteó las primeras teorías sobre el origen del petróleo y llegó a pronosticar que este recurso se convertirá en un componente clave de la economía mundial.
En 1863 fue el primero en sugerir la idea de utilizar tuberías para el transporte de combustible. Impulsó la importancia del petróleo como materia prima para la petroquímica . Se le atribuye la afirmación de que la quema de petróleo como combustible "sería similar a prender una estufa de cocina con los billetes de banco".
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