门捷列夫出生于俄国西伯利亚的托波尔斯克市。他父亲是位中学校长。在他出生后不久，父亲双眼因患白内障而失明，一家的生活全仗着他母亲经营一个小玻璃厂而维持着。13岁时，双目失明的父亲又患肺结核而死去。意志坚强的母亲不管生活多么困难，都坚持让孩子们接受了学校教育。
门捷列夫读小学时，对数学、物理、历史课程感兴趣，对语文、尤其是拉丁语很讨厌，因而成绩不好。他特别喜爱大自然，曾同他的中学老师一起去长途旅行，搜集了不少岩石、花卉和昆虫标本。他善于在实践中学习，中学的学习成绩有了明显的提高。后来他进入彼得堡高等师范学校物理数学系。门捷列夫的天才在这里获得了迅速和多方面的发展。
25岁时，他获准去德国海德尔堡本生实验室进行深造。因为他恰好在德国，所以有幸和俄国化学家一起参加了在德国卡尔斯鲁厄举行的第一届国际化学会议。会上各国化学家的发言给了门捷列夫以启迪，特别是康尼查罗的发言和小册子。门捷列夫是这样说的：“我的周期律的决定性时刻是在1860年，我参加卡尔斯鲁厄代表大会。在会上我聆听了意大利化学家康尼查罗的演讲，正是他发现的原子量给我的工作以必要的参考材料……而正是当时，一种元素的性质随原子量递增而呈现周期性变化的基本思想冲击了我。”从此他有了一个目标，并为此付出了艰巨的劳动。
从1862年起他对283种物质逐个进行分析测定，这使他对许多物质和元素的性质有了更直观的认识。他重新测定一些元素的原子量，因而对元素的这一基本特征有了深刻的了解。他对前人关于元素间规律性的探索工作进行了细致的分析。
他坚信元素原子量是元素的基本特征，同时发现性质相似的元素，它们的原子量并不相近。相反，一些性质不同的元素，它们的原子量反而相差较小。他紧紧抓住原子量与元素性质之间的关系作为突破口，反复测试，不断思索。他在每张卡片上写出一种元素的名称、原子量、化合价、化合物的化学式和主要的性质。就像玩一副别具一格的元素纸牌一样，他反复排列这些卡片，终于发现每一行元素的性质，尤其是元素的化合价，都在按原子量的增大而逐渐变化，周而复始，也就是说元素的性质随原子量的增加而呈周期性的变化。第一张元素周期表就这样产生了。
门捷列夫除了发现元素周期律外，还研究过气体定律、溶液化学理论、气象学、石油工业、农业化学、无烟火药、度量衡，在这些领域里他都能辛勤劳动、大胆探索。
1887年发生日食的时候，为了观察天象的变化，他不顾家人和朋友的劝阻，一个人乘着气球上升到空中。这个气球被风刮到很远的地方才降落下来，许多人替他捏了一把汗。他这种为科学不顾生命危险的精神鼓舞了许多俄罗斯青年。
他还热爱文学艺术，每晚都阅读文艺作品。他的夫人波波娃善于绘画，他们家里挂了许多著名科学家的画像，都出于他夫人的手笔。他们的家庭生活是美满的，一共有6个儿女。
这位伟大的科学家永远也忘不了他深深敬爱的母亲。他曾在一部有关溶液的著作的前言中写下了这样一段话：
“这部著作是一个小儿子献给母亲的纪念品。为了使这个儿子能得到很好的科学教育，她曾经耗尽了最后的精力。临终时，她还说，‘不要幻想，要坚持工作，耐心地寻求科学的真理吧。’——我将永远记着母亲临终的遗言。”
20世纪初的一天，这位享有世界盛誉的俄国化学家因心肌梗塞与世长辞，那一天距离他的73岁生日只有六天。
任谁也想象不到，严谨的化学理论也可以与预言画上等号。门捷列夫用自己天才的化学头脑，凭借充分的理论根据，在化学元素性质周期律上进行了一次大胆预言，并取得了成功。这个故事启示青少年科学成果的出现也需要丰富的想象力。
