В ходе «возобновления прототипов» русские метрологи осуществили 80 серий сличений и 20 тысяч специальных наблюдений. Представить, сколько всего было сделано ими за пять первых лет, и оценить энергию их главного организатора можно, например, сравнив этот объем работы с темпами заграничных метрологов: подобная задача в Англии была решена за 21 год, во Франции — за 17 лет.
В эти же годы Дмитрий Иванович создает и детально разрабатывает свою теорию взвешивания, вводит новые формулы и метрологические понятия, обосновывает оптимальное количество взвешиваний и даже дает правила расчета вероятных погрешностей. В 1895 году выходит в свет его фундаментальный метрологический труд «О приемах точных, или метрологических, взвешиваний», который до сих пор остается современным, особенно в части методов сличения эталонов массы и рекомендаций по выполнению особо точных взвешиваний. А предложенный им проект одноплечих двухпризменных весов вообще обогнал свое время — после ряда попыток был реализован лишь в 1932 году Иваном Дмитриевичем Менделеевым и получил с тех пор широкое распространение.
Отдавая массу сил и времени весам различных конструкций (по его указанию были приобретены и усовершенствованы самые чувствительные для того времени весы фирмы «Рупрехт» и весы для взвешивания в безвоздушном пространстве конструкции австрийца И. Неметца), работая с разнообразными маятниками, Менделеев по-прежнему видел суть химии где-то совсем рядом с механикой и не оставлял мысли подобраться к загадке мирового эфира. По этому поводу он писал: «…от усовершенствования способов взвешивания должно ждать еще много новых успехов естественной философии, особенно же выяснения хотя бы некоторых сторон всеобщего, но еще таинственного всемирного тяготения». Начав заниматься метрологией в 1893 году, он уже через два года становится постоянным членом Международного комитета мер и весов, в котором докладывает об исследованиях, связанных с определением плотности воды и воздуха (это было необходимо для точного взвешивания литра воды и кубического дециметра воздуха), и о результатах опытов в термометрической и барометрической лабораториях возглавляемой им Палаты, тем самым вызывая уважение, а то и зависть у многих коллег, располагавших значительно более скромными лабораторными возможностями и вообще представлявших до того метрологию специальным, довольно отдаленным от фундаментальных научных исследований занятием. При Менделееве начал выходить первый русский метрологический журнал «Временник Главной палаты мер и весов», каждый номер которого свидетельствовал о высоком научном уровне русской метрологии и её государственно-промышленной идеологии.
Но занятия Дмитрия Ивановича в эти годы невозможно свести к одной метрологии. Кроме создания пироколлодийного пороха, были еще участие в разработке таможенного тарифа с Германией (отношения с ней в те годы историки часто называют таможенной войной), работа в комиссии по устройству Томского технологического института и университета. Министр просвещения И. Д. Делянов сам не смог уговорить Дмитрия Ивановича войти в комиссию, так он объяснил Витте, что без Менделеева томское дитя так и не родится, а уважаемому Сергею Юльевичу как откажешь? Менделеев деятельно участвовал в организации Нижегородской ярмарки 1896 года («Нижегородская выставка всё лето забрала»), в строительстве дома для сотрудников Палаты, в работе Академии художеств, куда он был выбран сначала членом, а затем даже вошел в совет, наотрез отказавшись от положенного жалованья, и пр.
Точно так же и его поездки за границу нельзя свести единственно к делам Главной палаты мер и весов. Европа в определенном смысле всегда была для него чем-то вроде шахмат — отвлекала от докучных дум и возвращала в рабочее состояние. Тем более что здоровье Дмитрия Ивановича требовало ежегодного лечения на Лазурном Берегу. Плюс поездки за получением наград… Подсчитано, что за свою жизнь (73 года) ученый почти девять лет провел за пределами России. Одна из самых известных поездок состоялась в 1894 году в Англию, куда на этот раз Менделеев был приглашен Кембриджским и Оксфордским университетами для получения докторской степени. Из Франции, где у него было несколько встреч с коллегами, он вместе с женой переправился через Ла-Манш и уже в Лондоне встретился с приехавшим ранее по делам Палаты Ф. И. Блюмбахом, чье присутствие избавляло от мук немоты при общении с коллегами.