Полное научное объяснение периодическая система элементов получила на основе квантовой механики в XX веке. Закон и система Менделеева лежат в основе современного учения о строении вещества, играют первостепенную роль в изучении всего многообразия химических веществ и в синтезе новых элементов.
В дневнике Д. И. Менделеева последняя запись, посвященная экспериментам в области неорганической химии, имеет дату 11 декабря 1871 года. Следующая же страница под датой 14 декабря уже посвящена упругости газов. Именно в этом кратком промежутке и совершился переход Менделеева от тематики, непосредственно связанной с периодическим законом и естественной системой элементов, к новой тематике, связанной с изучением газов. Она-то и определила на ближайшие — семидесятые — годы его научные интересы.
Свойства паров, газов и изменения состояний вообще-то занимали Менделеева с первых шагов его научной деятельности. Еще в магистерской диссертации «Об удельных объемах» он писал: «Все эти факты сближают три состояния тела, показывают, что правильность в изменениях газа есть только кажущаяся, трудно наблюдаемая, что все тело в строгом смысле не подчинены ни Мариоттову, ни Дальтонову законам — для твердых, жидких и парообразных тел это очень ясно, а для газов открывается только при тщательных наблюдениях».
Для тщательных наблюдений Дмитрий Иванович закупил за границей необходимую аппаратуру. Благо, Русским техническим обществом и артиллерийским ведомством были предоставлены некоторые средства. Вместе с отобранными сотрудниками он занялся изучением сжимаемости газа, проверкой законов Бойля — Мариотта и Гей-Люссака, обоснованием случаев отступления от этих законов. Отчетом об этих исследованиях стала первая часть монографии «Об упругости газов» (1875). Во второй части должны были быть описаны дальнейшие наблюдения над коэффициентом расширения газов при постоянном давлении, изменением их упругости с изменением объема, температуры и т. д. Но тут скончался его главный сотрудник М. Л. Кирпичев, что тяжело отозвалось на всем ходе опытов, а в 1876 году трое других помощников по разным причинам тоже отошли от этих занятий. Просто невозможно оказалось найти новых людей, подготовленных к такому трудному делу и в то же время достаточно обеспеченных материально, чтобы всецело ему отдаться.
«Мы отдаем себе отчет в принципиальной невыполнимости данных исследований упругости газов и в то же время невольно преклоняемся перед грандиозным их размахом», — так советский историк науки О. Н. Писаржевский в 1959 году оценил усилия Менделеева на этом направлении.
Целеустремленная научная работа в новой области на каждом шагу приводят к находкам, не относящимся к основной теме. Если не давать зарока оставлять их без внимания, они могут составлять немалую дополнительную ношу. Менделеев умел ограничивать свои потребности, но не свои искания. Он мог сократить сон, меньше времени тратить на еду, готов был безвыходно сидеть за измерениями и вычислениями, лишь бы только возможно шире охватить новые просторы науки. А как иначе объяснить, что сопутствующие работы всегда окружали его основной труд, как спутники окружают планету? Приводя в старости архив в порядок, Дмитрий Иванович записал: «Сам удивляюсь, чего только я не делывал в своей научной жизни».
Конкретно эта запись относится к первым номерам «Инженерного журнала» за 1876 год, где была напечатана большая статья «О барометрическом нивелировании и применении для него высотомера».
Высотомер — прибор для определения высоты над уровнем моря — появился в ходе исследования упругости газов. При работе над этой темой Менделееву постоянно, по несколько раз в день, приходилось прибегать к точным определениям атмосферного давления. Пользоваться для этого ртутным барометром было утомительно. Поэтому для сокращения времени наблюдений он придумал такой барометр, который указывал не абсолютную величину атмосферного давления, а только изменения, которые в нем произошли с того момента, как был заперт кран прибора. Ученый убедился, что изобретенный им дифференциальный барометр необычайно чувствителен (в 16 раз чувствительнее ртутного). Он мог указывать ничтожные изменения, отличавшие давление столба воздуха между ступеньками лестницы. Это был готовый барометрический указатель уровня. Отвечая запросам практики, Менделеев придал ему устройство, пригодное для нивелирования, и назвал высотомером. В 1875 году топографы Генерального штаба использовали его для изготовления карт незнакомой местности, когда не хватало времени для определения уровня возвышенностей оптическим путем.