Przyszły wielki chemik przyszedł na świat w 1834 r. w zachodniosyberyjskim mieście Tobolsku. Był najmłodszym z 17 dzieci Iwana Pawłowicza, ociemniałego nauczyciela literatury i dyrektora gimnazjum, który, jak przypuszczają niektórzy historycy, został zesłany na Syberię za działalność polityczną, i Marii Dmitrijewny (z domu Korniljewej) – osoby niezwykle pragmatycznej i przedsiębiorczej, która po śmierci męża postanowiła utrzymać rodzinę z własnej działalności gospodarczej. Uruchomiła i prowadziła z wielkim powodzeniem hutę szkła. Przyglądanie się procesom produkcji i wyrobu szkła bez wątpienia przyczyniło się do rozbudzenia młodzieńczej fascynacji Dmitrija chemią. Niestety, huta spłonęła w 1849 r. Rodzinne miasto Dmitrija, syberyjski Tobolsk, było miejscem zsyłki dla wielu przeciwników caratu i ludzi o bardzo liberalnych poglądach. Jeden z zesłańców, który był dekabrystą, ożenił się nawet z siostrą Mendelejewa. I to prawdopodobnie pod jego wpływem ukształtowały się silnie liberalne poglądy przyszłego naukowca. W 1849 r. Mendelejew wyjechał na studia do Sankt Petersburga.
Geniusz z wielką czupryną
Kiedy w 1850 r. studiował na Wydziale Matematyczno-Fizycznym Głównego Instytutu Pedagogicznego w Petersburgu, wykryto u niego fatalnie rokującą gruźlicę, co zmusiło tego znakomitego studenta do „ucieczki" na ciepły Krym. Dobrze zapowiadającą się karierę pedagogiczną przerwała wojna krymska 1853–1856 i świeżo upieczony nauczyciel z Symferopola musiał w 1854 r. wrócić na znacznie chłodniejszą północ, do Petersburga. Już w 1856 r. obronił pracę doktorską, której tematem były związki krzemu. Dawało mu to prawo do prowadzenia wykładów na uniwersytecie w Petersburgu. Wyjazd do Paryża zaowocował studiami u profesora Henryka Victora Regnault – znakomitego chemika i fizyka, członka Francuskiej Akademii Nauk. Profesor Regnault zajmował się badaniami z chemii organicznej, badał zjawiska przemiany ciepła właściwego gazów, ciepła parowania cieczy i prędkości rozchodzenia się dźwięków w gazach. Przeprowadzał wiele pomiarów dotyczących tych zjawisk, co pozwoliło mu zbudować szereg aparatów do pomiarów wielkości fizycznych, m.in. higrometr. Po owocnych studiach w Paryżu przez rok pracował na uniwersytecie w Heidelbergu pod kierunkiem dwóch wybitnych niemieckich uczonych: chemika Roberta Bunsena i fizyka Gustawa Kirchoffa. W 1860 r. wziął udział w zjeździe chemików w Karlsruhe w Niemczech.
Po powrocie do Rosji w ciągu trzech lat pracowity i wytrwały Mendelejew uzyskał stopień doktora, ożenił się i objął stanowisko profesora na uniwersytecie w Petersburgu. Rozpoczął także pisanie prac naukowych. W 1861 r. powstał podręcznik „Chemia organiczna", a w latach 1869–1871 „Podstawy chemii". Zachowane fotografie przedstawiają Mendelejewa jako mężczyznę o długich, opadających na kark włosach, długiej, zmierzwionej brodzie i przenikliwym spojrzeniu. Jego fryzura zapewne spodobałaby się Albertowi Einsteinowi.
Mendelejew prowadził dość niehigieniczny tryb życia. Palił ogromne ilości papierosów, których niedopałki miał w zwyczaju wrzucać do kubła z wodą. Po kilku dniach śmierdziało zeń z daleka, co jednak niezbyt przeszkadzało uczonemu. Mendelejew miał zwyczaj pracować przez całą noc. Kładł się dopiero ok. czwartej nad ranem, a wstawał ok. południa. Jego współpracownicy zauważyli, że unika wizyt u fryzjera. Tylko raz w roku, najczęściej na początku lata, golił całkowicie włosy na głowie, wąsy i brodę. Ten specyficzny styl życia nie sprzyjał budowie dobrych relacji z kobietami, a mimo to w pewnym okresie życia Mendelejew miał dwie żony. Z jedną rozwiódł się, ale drugiej nie mógł poślubić przed upływem siedmiu lat. Uczony znalazł proste rosyjskie rozwiązanie w osobie przekupnego batiuszki, który niezgodnie z prawem udzielił mu ślubu i tak wielki chemik stał się bigamistą. Nieco później, gdy ktoś w podobnej sytuacji prosił cara o skrócenie czasu karencji rozwodowej i argumentował, że przecież Mendelejew też miał dwie żony, władca Rosji miał zareplikować: „Dwie żony Mendelejewa? No tak, ale ja mam tylko jednego Mendelejewa".
Chemiczne oktawy
W 1864 r. John Alexander Reina Newlands, chemik pracujący w londyńskiej rafinerii cukru, uszeregował znane wówczas pierwiastki w kolejności ich rosnących mas atomowych i spostrzegł, że ósmy pierwiastek ma podobne właściwości jak pierwszy, a piętnasty podobne jak ósmy itd. Podobne cechy wykazywały pierwiastki: drugi, dziewiąty, szesnasty itd. Tę regularność Newlands nazwał prawem oktaw. Zgodnie z nim każdy kolejny pierwiastek był podobny do kolejnego ósmego. Oparcie się na prawie oktaw pozwoliło Newlandsowi na wyodrębnienie siedmiu rodzin pierwiastków o zbliżonych właściwościach. Prawo oktaw było dużym postępem w procesie systematyzowania pierwiastków, choć zawierało znaczące luki. Ostatecznie przedstawione przez autora Brytyjskiemu Towarzystwu Chemicznemu zostało przez kolegów chemików wykpione. Skojarzenia z oktawami w zapisach muzycznych źle przysłużyło się pionierskiej pracy Newlandsa, który zniechęcony wrócił do pracy w chemii przemysłowej. 20 lat po tym wydarzeniu Towarzystwo Królewskie uznało wartość pracy Newlandsa i uhonorowało twórcę prawa oktaw medalem.