Побывав за рубежом, он встретился со знаменитыми новаторами, с которыми раньше хорошо был знаком по литературным источникам. В Англии он встречался с Глэшером, во Франции — с Дюпюи де Ломом, братьями Тиссандье, Ренаром, Татеном, Пено. Во время пребывания во Франции он совершил подъем на аэростате Жиффара.
Изучение работ Менделеева, посвященных освоению воздушной стихии, показывает, как глубоко и как далеко вперед он умел видеть. Посвятив большую часть своего труда воздушным кораблям, плавающим в воздухе, и вместе с тем работая в то время, когда единственным реальным средством для полета был аэростат, он ясно видел грядущее.
В 1878 году Менделеев, применяя термин «аэродинам» для обозначения летательного аппарата тяжелее воздуха, то есть для будущего самолета, писал: «Воздухоплавание бывает и будет двух родов: одно в аэростатах, другое в аэродинамах.
Первые легче воздуха и всплывают в нем. Вторые тяжелее его и тонут. Так рыба, недвижимая и мертвая, всплывает на воду, а птица тонет в воздухе. Подражать первой уже умеют в размерах, годных для практики. Подражание второй — еще в зародыше, в размерах негодных к жизни людей, подобных полету бабочки, детской игрушке. Но этот род воздухоплавания обещает наибольшую будущность, дешевизну (в аэростатах дорогие оболочка и газ) и, так сказать, указывается самой природой, потому что птица тяжелее воздуха и есть аэродинам».
История подтвердила гениальное предвидение Менделеева, отдавшего пальму первенства аэродинаму — самолету.
Одно из основных исследований, связанных с нуждами воздухоплавания — «О сопротивлении жидкостей и воздухоплавании», издано Менделеевым в 1880 году. На основе критического учета мирового опыта и собственных исследований Менделеев выдвинул в этой работе много положений, подтвержденных в дальнейшем. Он впервые показал, какое большое значение имеет трение жидкостей и газов о поверхность обтекаемых ими тел. По крайней мере, на три десятка лет он опередил то, что впоследствии дал Л. Прандтль. Имея в виду эту книгу Менделеева, Н. Е. Жуковский сказал: «Русская литература обязана ему капитальной монографией по сопротивлению жидкостей, которая и теперь может служить основным руководством для лиц, занимающихся кораблестроением, воздухоплаванием или баллистикой».
В 1887 году Менделеев решил использовать воздушный шар для наблюдения солнечного затмения. В последнюю минуту выяснилось, что шар не может поднять и ученого и пилота, который должен был руководить полетом. Менделеев смело отправился без спутников и выполнил намеченные наблюдения. Этому отважному полету посвящена его работа «Воздушный полет из Клина во время затмения».
Лучший представитель науки, не отгораживавшийся от народа, а служивший ему, Менделеев сделал очень много, распространяя среди самых широких кругов общественности знания, способствующие покорению воздушной стихии. Он всегда внимательно относился к новаторам, помогал им. Вспомним его участие в 1877 году в делах одного из первых русских строителей самолетов А. Ф. Можайского, в делах строителя интересных моделей В. В. Котова в 1895 году. Вспомним и о том, как в 1890 году Д. И. Менделеев представил в Русское техническое общество проект цельнометаллического дирижабля К. Э. Циолковского, еще тогда заинтересовавшего Менделеева, но не признанный в то время другими учеными. Менделеев много помог родине как организатор работ по воздухоплаванию. В 1880 году по его почину был основан VII (воздухоплавательный) отдел Русского технического общества, выполнивший в дальнейшем чрезвычайно большую работу.
Дмитрий Иванович Менделеев придавал особенное значение созданию воздушных кораблей как транспортного средства для России с ее необъятной территорией.
«У других стран, — говорил Менделеев, — много берегов водного океана. У России их мало сравнительно с ее пространствами, зато она владеет обширными против всех других (образованных) стран берегами свободного воздушного океана. Русским поэтому сподручнее овладеть сим последним, тем больше, что это бескровное завоевание составит эпоху, с которой начнется новейшая история образованности».
Со временем изобретения Менделеева — от стратостата до шаров-зондов — широко использовались.
В дни обороны Ленинграда и других городов от налетов гитлеровских самолетов на улицах можно было видеть бойцов МПВО, переносивших баллоны с сжатым газом для наполнения привязанных аэростатов. И в этом деле был труд Д. И. Менделеева.
В 1879 году он изобрел переносные газгольдеры — подушки с сжатым газом для наполнения аэростатов. Во время Второй мировой войны 1939—1945 годов это изобретение гениального русского ученого послужило народам России и других стран.