В химических работах Ломоносова важную роль играет атомистика, которая служит краеугольным камнем его научного мышления. Ломоносов является одним из основателей механической теории теплоты и кинетической теории газов.
Выполнение Ломоносовым различных физико-химических исследований привело к созданию новой на-учной дисциплины – физической хи-мии, которую он стал преподавать нескольким студентам Академического университета. Как и во многих других случаях, созданием этого курса М.В. Ломоносов опе-редил своё время более чем на столетие. Значение но-вой научной дисциплины учёные осознали лишь к концу XIX века.
В 1752-м году Ломоносов пишет И.И. Шувалову «Письмо о пользе стекла», начинающееся словами:
Неправо о вещах те думают, Шувалов,
Которые Стекло чтут ниже минералов,
Приманчивым путём блистающих в глаза:
Не меньше пользы в нём,
не меньше в нём краса.
В конце «Письма» говорится:
Во зрительных трубах Стекло являет нам,
Колико дал творец
пространство небесам.
Толь много солнцев в них
пылающих сияет,
Недвижных сколько звезд
нам ясна ночь являет.
Потребовалось три года упорной работы в лаборатории, прежде чем удалось получить стекло самых разных цветов и оттенков. Ломоносов разработал теорию трёх цветов. Он считал, что белый свет состоит из трёх основных цветов – красного, желтого и голубого.
Результатом опытов по цветам и краскам явилось «Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее» – речь, произнесенная Ломоносовым на русском языке в публичном собрании Академии наук 1 июля 1756 года, впервые опубликованная на русском языке отдельной брошюрой в Санкт-Петербурге в 1757 году.
Говоря о М.В. Ломоносове и его теории «трёх цветов», вспомним, что современная теория цветной фотографии, цветного телевидения основана на «теории трёх цветов» – это красный, зелёный и синий. Теория «трёхцветного зрения» (её основой как раз и стала теория зрительного восприятия) явилась отправной точкой для практических опытов по созданию цветной фотографии.
В лаборатории Ломоносова была создана и первая мозаичная картина «Мадонна», составленная из четырёх тысяч стеклянных кусочков, а в самой лаборатории уже не хватало места для новых произведений, здесь было создано много замечательных мозаичных картин и портретов, за работы в области мозаичного искусства Болонская Академия наук (Италия) в 1764 году избрала М.В.Ломоносова своим почётным членом.
Атомно-молекулярной теорией, или, как её называли в то время, корпускулярной теорией, М.В. Ломоносов заинтересовался ещё в студенческие годы. Главные труды Ломоносова, в которых изложена его корпускулярная теория: «Элементы математической химии» (1741), «276 заметок по физике и корпускулярной философии» (1741-1743), «Опыт теории о нечувствительных частицах тел и вообще о причинах частных качеств» (1743-1744), «Физические размышления о причинах теплоты и холода» (1744), «Опыт теории упругости воздуха» (1748).
Ломоносов высказал мысль о существовании абсолютного нуля, т.е. температуры, при которой полностью прекращается тепловое движение частиц материи.
М.В. Ломоносов формулирует то, что позднее было названо первым законом термодинамики: более нагретое тело не может нагреть другое тело выше той температуры, которой обладает само.
В химической лаборатории М.В.Ломоносов обосновал в 1748-м году закон сохранения массы вещества, который в наше время называется законом Ломоносова-Лавуазье, и звучит так: «Вес всех веществ, вступающих в реакцию, равен весу всех продуктов реакции». Этот закон был им экспериментально подтверждён в 1756 году на примере обжигания металлов в запаянных сосудах. Хотя Лавуазье начал свои исследования через 17 лет после Ломоносова, его опыты излагаются в каждом учебнике химии, об опытах же Ломоносова никто не знает, и даже русские химики не находят нужным упоминать о них; а между тем, Ломоносов был несомненно предшественником Лавуазье.
Универсальный характер научной деятельности Ломоносова подчёркивает факт открытия им атмосферы Венеры в 1761 году; по результатам наблюдений он писал:«По сим примечаниям планета Венера окружена знатно таковой (лишь бы не большею), какова обливается около нашего шара земного».
Ломоносова заинтересовали работы по электричеству. Осенью 1753 года Ломоносов на публичном собрании Академии наук произносит речь: «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих».