門捷列夫是俄國傑出的化學家。他最偉大的貢獻就是揭示了元素周期律，可是，他還有點“不務正業”——冒著危險觀測了日食。
1834年2月8日，德米特利·伊萬諾維奇·門捷列夫生於西伯利亞西部的托博爾斯克小城。他在家裏14個孩子中最小，如果連死去的孩子算上，他則是第17個孩子。他父親早年畢業於彼得堡中央師範學院，曾先後擔任過兩個中學的校長，後因同情革命者，才被調任托博爾斯克中學校長。就在他剛剛出世後不久，父親便因雙目失明而被迫退休了。他的母親是一位勤勞能幹的婦女。父親退休後，微薄的退休金難以維持這個大家庭的生活，母親隻好從自己哥哥手上接管了一個破舊不堪的小型玻璃廠，苦苦地維持著全家的生活。母親的剛強和幹練給了門捷列夫巨大影響。
1841年，門捷列夫同他的小哥哥一起入托博爾斯克中學學習，盡管他身體不好，時常生病，但由於他學習刻苦，肯動腦筋，所以成績一直很好。就在門捷列夫上中學時，一連串的不幸又降臨到他家。1847年，父親和大姐先後病故，一年以後，玻璃工廠遭火災化為灰燼。哥哥們外出謀生，姐姐們也先後嫁人，母親身邊隻剩下了他和一個尚未出嫁的小姐姐。
1849年，門捷列夫以優異的成績中學畢業。為了能讓小兒子進入著名的莫斯科大學深造，母親毅然變賣了全部家產，帶著門捷列夫和小姐姐跋涉數千裏來到了莫斯科。
但是，莫斯科大學拒收這個不屬於自己學區的學生。於是，母親便隻得帶他們到彼得堡，但彼得堡大學同樣不收這個外省的中學生。後來，在父親的一些老朋友的幫助下，門捷列夫才在父親的母校彼得堡中央師範學院報上了名，並考入了這所大學的自然科學係。
門捷列夫剛剛進入大學時，由於中學是在落後的小地方讀的，基礎不好，所以第一學期的成績僅名列全班28人中的第25名——倒數第4。但他毫不氣餒，奮起直追，畢業時躍居全班第一，榮獲金質獎章。
就在入學的那年秋天，門捷列夫的母親去世了，一年半以後，他的小姐姐也病故了。門捷列大在彼得堡變得舉目無親，隻得靠少得可憐的獎學金來買必要的書籍用品。但他始終牢記著母親的臨終遺言：“不要欺騙自己，要辛勤勞動，不懈地尋求科學的真理。”
由於生活清苦和過於用功，門捷列夫在讀大學三年級時身體便累垮了，他不得不住進醫院。他偷偷把書本紙筆帶進了病房，一天也沒有停止過學習。醫生和護士被他不屈的意誌和罕見的熱情所感動，最後決定讓他帶病複課。
1855年5月，門捷列夫以第一名的成績畢業於彼得堡中央師範學院，被派往邊遠的辛菲羅波爾，後又去敖德薩任中學教師。在任教不到一年的時間裏，他完成了自己的碩士論文《論比容》。1856年，門捷列夫通過了碩士學位考試。1857年，他就任彼得堡大學副教授，年僅23歲。1859年，門捷列夫獲準到普魯士等國進行深造。