В 1876 году, когда единственным ценившимся нефтепродуктом был керосин, используемый только для освещения, Д. И. Менделеев писал: «Мне рисуется в будущем нефтяной двигатель, размерами и чуть-чуть не ценою немного превышающий керосиновую лампу... он родит движение, когда нужно...», писал о выгодности и удобстве двигателя, под поршнем которого взрывается смесь воздуха и летучих частей нефти, то есть бензина.
Пристальное внимание его, как учёного, сосредотачивается на нефти, и ещё в 1863 году Д. И. Менделеев начинает исследования бакинской нефти, даёт ценные рекомендации как по её переработке, так и транспортировке, по мнению Менделеева, перекачка нефти и керосина по трубопроводам и перевозка по воде в наливных судах должны были резко сократить транспортные расходы. Существовавшая в то время в России система «откупного содержания», когда нефтяные участки отдавались на откуп на четыре года, приводила к варварскому использованию месторождений без установок дорогостоящего оборудования и внедрения технических новинок.
Когда в 1866 году Д. И. Менделеев читал публичную лекцию по нефтяному делу, он настаивал на двух мерах - на строительстве нефтеперерабатывающих заводов в центральной части России и на отмене системы откупов.
В 1876 году он выезжает в США для знакомства с нефтяным делом, результатом этой поездки стала книга «Нефтяная промышленность в Северо-Американском штате Пенсильвания и на Кавказе» (1877 год).
"Сжигать нефть, все равно, что топить печку ассигнациями."
Под давлением Русского технического общества, которое поддержало все выводы Д.И.Менделеева по итогам американской поездки, система откупов была отменена, а к 1891 году при организации перевозок нефти в соответствии с рекомендациями Д. И. Менделеева стоимость перевозок упала почти в три раза.
В 1880 году Д. И. Менделеев командируется на Кавказ, к этому времени у него складывается своя гипотеза образования нефти, которая была опубликована в материалах Венского геологического института.
В этом же году имела место публичное (отражённое в печати) столкновение Д. И. Менделеева с Людвигом Нобелем - владельцем механического завода в Петербурге и главой нефтяного «Товарищества Бр. Нобель» (братом изобретателя динамита Альфреда Нобеля, который также был пайщиком «Товарищества») — крупнейшего производителя керосина. В этом производстве бензин и тяжёлые остатки считались бесполезными отходами и уничтожались.
И вот эти-то бросовые остатки Д. И. Менделеев предлагал превращать в масла, которые в три-четыре раза были дороже, чем керосин. Это могло нанести удар по нефтяной империи Нобелей, так как её российские конкуренты могли бы тогда успешно с ней соперничать, при гораздо меньших затратах.
Во время этой полемики Д. И. Менделеева поддержал русский промышленник В. И. Рогозин, который в соответствии с рекомендациями учёного начал на построенном на Волге заводе полностью перерабатывать нефть, получая из неё кроме керосина смазочные масла хорошего качества.
Но вся эта история имеет и прямое отношение к современности, так как свидетельствует о том, что Нобелевская премия (её денежное содержание) оплачено было в своё время русской нефтью и трудом русских рабочих. И парадокс ещё состоит в том, что только в редчайших случаях лауреатами Нобелевской премии становились русские за бесспорные заслуги в какой-либо области, чаще присуждение этой премии русским (или «россиянам») носило чисто политический, антирусский или антисоветский характер.
В 1886 году Д. И. Менделеев отмечает два события - рождение близнецов и две поездки в Баку (куда он был командирован министром государственных имуществ) с дочерью Ольгой в сопровождении сначала двух французов, а потом и художника-передвижника Н. А. Ярошенко.
Его отчёт «Бакинское нефтяное дело» стал, по сути дела, последним его крупным исследованием по нефти, которой он интересовался и так много занимался в течение десяти лет.