Дмитрий являлся крайне одаренным, деятельным и талантливым человеком, поэтому его интересовали не только науки, но и литература, музыка, изобразительное искусство. Он сам делал неплохие зарисовки, но дальше развиваться в этой области не стал, зато начал собирать репродукции и фотографии произведений живописи. Потом, когда финансовое положение улучшилось, он изредка покупал подлинники. В 1878 году начались так называемые менделеевские «среды» – собрания людей искусства и науки в его университетской квартире. А.И. Менделеева писала: «Среды эти художники очень любили. …Здесь узнавались все художественные новости. Художественные магазины присылали на просмотр к средам новые художественные изделия. …Иногда на средах велись чисто деловые беседы, горячие споры, тут созревали важные товарищеские решения вопросов». 16 декабря 1893 года Д.И. Менделеева утвердили в высшем звании почетного члена Академии художеств, а 7 марта 1894 года – членом Совета Академии. То есть через 130 лет после М.В. Ломоносова Менделеев стал вторым химиком, которого возвели в почетные члены Академии художеств.
Надо отметить, что Менделеев неоднократно удивлял своих современников. Например, в августе 1887 года в его имении готовились наблюдать за солнечным затмением. Русское техническое сообщество предоставило для этих целей военный воздушный шар «Русский» под командованием аэронавта поручика А.М. Кованько. События в день затмения разворачивались так: 53‑летний Менделеев полетел один, без сопровождения, шар поднялся на высоту более трех километров, и ученому удалось понаблюдать за полной фазой затмения. Перед спуском Дмитрию Ивановичу пришлось проявить смелость, так как потребовалось распутывать веревку, вися над пропастью. Потом шар благополучно приземлился. Весть об этом разлетелась по всему миру. Французская Академия метеорологического воздухоплавания «за проявленное мужество при полете для наблюдения солнечного затмения» вручила Менделееву диплом с девизом братьев Монгольфье «Так идут к звездам». Вот таким интересным был наш русский ученый-химик.
Менделеев не почивал на лаврах и не останавливался в своих изысканиях, он создал учение о растворах, которое изложил в монографии «Исследование водных растворов по удельному весу». Кроме того, он занимался вопросами воздухоплавания и метеорологии и написал две ценные монографии. А с преподавательской деятельностью в марте 1890 года Менделеев решил закончить и ушел из Петербургского университета. В своем письме он писал: «…Утомленный 35‑летнею профессурою, я решился ее совершенно оставить, тем более, что возобновляющиеся студенческие беспорядки просто влияли на мое не крепкое здоровье, а начавший действовать новый университетский устав, очевидно, начал уже гасить светлые стороны лишь недавно возбужденной нашей научной деятельности и понизил влияние чистой науки на молодежь».
С осени 1890 года Менделеев вплотную занялся работами в области экономики и техники, а в ноябре 1892 года занял должность «ученого хранителя» Депо образцовых мер и весов. Там он проявил свою незаурядную активность – устроил тщательную сверку основных мер длины и веса, и благодаря его усилиям в июне 1899 года в России ввели новый закон, устанавливающий такие основные единицы измерения, как фунт и аршин, а также разрешающий применение международных мер – килограмма и метра. Еще он внес ряд изменений в конструкции весов и разработал оригинальный метод взвешивания. В эти же годы Менделеев сумел создать бездымный порох, но он так и не был принят на вооружение в российской армии. А во время Первой мировой войны России пришлось закупать в США, по сути, изобретенный Менделеевым порох.
Его исследовательская и общественная деятельность существенно расширилась в последние 20 лет жизни ученого – он изучал причины кризиса каменноугольной промышленности, участвовал в пересмотре таможенного тарифа, проектировал ледокол, участвовал в Уральской экспедиции, работал над монографиями «Заветные мысли» и «К познанию России».
2 февраля 1907 года великого российского ученого не стало в возрасте 72 лет. В похоронах приняли участие 10 тысяч человек. Как писали газеты, со времени похорон И.С. Тургенева и Ф.М. Достоевского Петербург не видел такого выражения общей скорби о своем выдающемся соотечественнике.