В силу особой притягательности семьи Менделеевых, бывшей средоточием городской культурной жизни, многие из тех, кто так или иначе имел влияние на юного Дмитрия, рано или поздно роднились с ней. После матери и отца наибольшее участие в его судьбе принимал добрейший и образованнейший инспектор гимназии Петр Павлович Ершов, поэт и педагог, совершенно не подозревавший, что через много лет этот доставляющий массу хлопот мальчик женится на его падчерице. Очень хорошо относился к Мите другой учитель — муж сестры Маши, законовед М. Л. Попов, веривший в его большое будущее. Они видели, что мальчик не прост и его не проймешь никакими менторскими внушениями. Они искали другие пути к юной душе, обычно общаясь с Митей на равных. Он был совестлив — и они не теребили его совесть, он был жаден до практических знаний — и они не пичкали его отвлеченными материями, он был склонен к неординарному, чреватому ошибками мышлению — и они не подсовывали ему правильных ответов. Он на всю жизнь усвоил их простые добродетели: честность и верность, твердость и настойчивость, сочувствие к ближнему и доброту. При этом в своем собственном понимании Митя до поры до времени оставался истинным, до мозга костей, потомком купеческого и крестьянского родов — сметливым, когда время не ждет, работящим, если в охотку, не очень доверчивым, обидчивым и где-то себе на уме. Он явно обладал способностью к вычислениям — никто из окружающих не мог лучше производить в уме действия с крупными числами. У него были также склонность к истории и страсть к прогулкам (часто весьма дальним) по городу и за городскую черту. И, как каждый подросток, он пытался что-то в себе понять, что-то достроить или освободить. О чем он думал во время походов в тайгу или ночевок в полевом балагане, когда мать брала его с собой на сенокос? Он еще не знал, что будет дальше, на что он сгодится, но всё чаще ощущал, как неопознанное чувство вдруг выхватывает и уносит вдаль незаконченные мысли и сердце вдруг начинается колотиться так часто и сильно, что руки слабеют и тянутся прижаться к груди. Слышал ли он когда-нибудь от бывавших в доме гостей про «дум высокое стремленье»? Вряд ли декабристы на вечеринках цитировали личные письма. Но, слава богу, скоро у Менделеевых появился новый родственник, который мог объяснить и это, и еще очень многое.
В 1847 году старшая дочь Менделеевых Ольга, прожив пять лет вдовой после смерти мужа И. П. Медведева, выходит замуж за отбывшего каторгу ссыльнопоселенца декабриста Николая Васильевича Басаргина, человека аналитического ума, энергичного и деятельного. Познакомились они либо в Ялуторовске, где Басаргин мог оказаться проездом, либо в Омске, где жила семья Капустиных. Год Басаргины прожили в Омске, где Николай Васильевич был определен на место писца третьего разряда в канцелярии пограничного управления сибирских киргизов, а затем возвратились в Ялуторовск, где муж Ольги стал служить в земском суде. Накануне их приезда в семье случилось несчастье — неожиданно умер Иван Павлович.
«Отец мой, — рассказывал много лет спустя Д. И. Менделеев, — был давно не вполне здоров, но чувствовал себя тогда удовлетворительно. Вдруг он зовет семью, настойчиво, но спокойно требуя, чтобы все с ним простились, потому что «сейчас он умрет». Мать начала было его успокаивать, но он прервал ее, говоря, что некогда, что он хочет поцеловать всех. Попрощавшись со всеми, он обратился спокойно к моему брату Павлу: «А ну-ка, Пашенька, дай затянуть табачку». Затянулся и умер… Ни страха, ни страданий, ни обрядов, ни слез». Никто не предполагал, что смерть отца — это лишь начало полосы бедствий, в которую вступило осиротевшее семейство. Еще через два месяца скончалась Аполлинария, вконец уморившая себя умерщвлением плоти и всенощными молитвами, которые она возносила, распростершись на холодном церковном полу.