Rusų chemikas. 1855 m. baigė Sankt Peterburgo vyriausiąjį pedagoginį institutą. 1857–1890 m. dėstė Sankt Peterburgo universitete, 1864–1866 m. dar ir Sankt Peterburgo technologijos institute; profesorius (1865). Dirbo Jūrų mokykloje, Pavyzdinių matų ir svarsčių depe, kuris D. Mendelejevo iniciatyva pertvarkytas į Vyriausiuosius matų ir svarsčių rūmus (nuo 1934 m. D. Mendelejevo metrologijos institutas); 1897–1907 m. jiems vadovavo. Peterburgo mokslų akademijos narys korespondentas (1876), Londono karališkosios draugijos (1892), kitų šalių mokslų akademijų ir draugijų narys.

1869 m. atrado vieną svarbiausių gamtos dėsnių – periodinį dėsnį, remdamasis juo suklasifikavo cheminius elementus ir sudarė periodinę elementų lentelę (periodinė elementų sistema). Patikslino daugelio cheminių elementų atomines mases, numatė naujų, vadinamų ekaelementų buvimą ir savybes, apytiksliai apskaičiavo jų atomines mases. Tirdamas kapiliarinius reiškinius priėjo prie išvados, kad bet kuris skystis tam tikromis sąlygomis virsta garais. Patikslinęs Boyle’io ir Mariotte’o dėsnį ir juo remdamasis Clapeyrono lygtį pritaikė idealiosioms dujoms (Mendelejevo ir Clapeyrono lygtis). Teigė, kad tirpstant medžiagai vyksta hidratacija (vadinamoji hidratinė tirpalų teorija), sukonstravo piknometrą, cheminių junginių susidarymą ėmė vaizduoti diagramomis. Tyrė naftos perdirbimą ir jos racionalų panaudojimą, parako gamybą, trąšų naudojimą, pasiūlė anglių požeminio dujinimo būdą, sukūrė tikslaus svėrimo būdą. 1887 m. vienas oro balionu pakilo stebėti Saulės užtemimo ir tirti viršutinių atmosferos sluoksnių. Daug prisidėjo prie švietimo plėtros Rusijoje (organizavo moterų kursus, skaitė paskaitas, rūpinosi tinkamu studentų mokymu). Rusijos chemikų draugijos (įkurta 1868 m., nuo 1932 m. D. Mendelejevo chemikų draugija) vienas įkūrėjų. Svarbiausi veikalai „Organinė chemija“ (Organičeskaja chimija, 1861) ir „Chemijos pagrindai“ (Osnovy chimii, 1869–1871).