В 1904 году вышли его «Заветные мысли» — своего рода завещание потомству, содержащее размышления о государственном устройстве, экономике и будущем России. Многие из этих идей звучат удивительно современно. Например, о национальной обороне он писал: «Россия вела много войн, но большинство из них носило оборонительный характер. Уверен, что впереди нас ждет еще множество таких войн, если страна не создаст мощную армию, которая сделает бессмысленными попытки отторгнуть ее территории».
«Патриотизм или любовь к отечеству некоторые из нынешних крайних индивидуалистов уже стараются представить в худом виде, заявляя, что пора ее заменить совокупностью любви общей ко всему человечеству».
Одним из ключевых практических вкладов Менделеева стала разработка бездымного пороха. В 1890-х годах по просьбе Александра III он возглавил исследования в этой области, работая в специально созданной Научно-технической лаборатории Морского министерства. Изучив британский кордит и французские аналоги, Менделеев разработал пироколлодийный порох, превосходивший зарубежные образцы по мощности и эффективности. Бездымный порох, почти не дававший дыма при стрельбе, стал революционным изобретением, повысившим точность и дальность артиллерии, что было критически важно для морских сражений эпохи металлических кораблей.
Менделеев также внес значительный вклад в развитие воздухоплавания, сотрудничая с А.Ф. Можайским и К.Э. Циолковским, а его исследования газов привели к созданию уравнения Менделеева-Клапейрона, ставшего основой газовой динамики. Он участвовал в проектировании первого российского ледокола вместе с адмиралом Макаровым, изучал проблемы судоходства и даже разрабатывал концепции летательных аппаратов и подводных лодок. Его работа «О сопротивлении жидкостей и воздухоплавании» (1878) была высоко оценена Жуковским и стала руководством для специалистов в области баллистики и кораблестроения.
Не менее важной была его роль в развитии нефтяной промышленности. Изучив технологии переработки нефти во время поездки в США, Менделеев предложил методы разделения сырой нефти на ценные фракции, что способствовало превращению России в ведущего мирового экспортера нефти к концу XIX века.
В книге «К познанию России» (1906), написанной в разгар первой русской революции, Менделеев анализировал данные переписи 1897 года, предлагая новое административное деление страны. Он также рассуждал о роли армии, подчеркивая, что она должна защищать не только от внешних угроз, но и поддерживать внутренний порядок. Ученый выступал за сближение с Китаем, предвидя его возрастающее влияние в мире и предостерегая от потенциальных конфликтов.
«...армия должна предназначаться не только для борьбы с врагами страны внешними, но и для обуздания врагов государства внутренних, подобно тому, как то фактически осуществляется у всех народов. Конечно, главный смысл содержания армии остается в преследовании задачи обороны против внешних врагов, и эта задача особенно важна для нас, со всех сторон окруженных неприятелями. Но и помимо задач обороны, сильная армия нужна нашей стране для апломба в области прекращения стародавнего приема разрешения международных недоразумений только путем скрещения оружия...»
По мнению Менделеева, Россия, не поддаваясь соблазну «разоружения», может играть видную и важную роль «в концерте мирного соглашения», а для усугубления такого её значения он рекомендует сближение наше с Китаем, который несомненно быстро вступит на арену борьбы народов, имея к тому все шансы как страна, могущая выставить громадное войско.
Дмитрий Менделеев был не только гениальным ученым, но и выдающимся практиком, чьи работы оказали огромное влияние на науку, промышленность и оборону России, а многие его идеи остаются актуальными и сегодня.