門捷列夫生活十分簡樸，衣著常落後別人一二十年，但他毫不在意，他說：“我的心思在周期表上，而不在衣著上。”
1890年3月，為支持反對沙皇專製統治的學生運動，門捷列夫憤然向沙皇教育部辭去了大學教授的職位。離開工作過30多年的大學，這雖然是十分沉痛的事情，但為了維護正義，他“沒有感到痛苦”，也沒有消沉下去。其實，早在1861年底彼得堡大學的學生集會遭到破壞時，門捷列夫就寫道： “萬惡的時代，卑鄙的時代——除了青年以外，一切都委靡不振。”對沙皇當局表示強烈不滿。並且說，“我很鎮靜，讓他們來抓吧。”
門捷列夫的獻身科學的癡迷精神也是他人格的寫照。1887年，為了研究日食和氣象，他自費建造了氣球，設計坐兩人，但充氣不夠，僅能坐一人。在這種情況下，此時已53歲的他，不顧朋友的勸阻，毅然冒險跨進氣球吊籃裏，獨自飛上天空。當操縱器失靈，隨時有從高空中墜落的危險時，他沉著、勇敢，爬到氣球殼上，在飛行中排除了故障，最後成功地觀測了日食。飛行完畢，歡迎的人群要抬著他走，他謝絕了。
這件事深深地感動了他的朋友們。為此，法國氣象航空科學院還向門捷列夫頒發了榮譽獎狀，以表彰他在“飛行上所表現的勇敢精神”。
門捷列夫年近七旬時，還準備領導北極探險，開辟北方海路，後因沙皇政府不予支持，探險未能進行。臨終前3個星期，他還參加討論了乘飛艇到北極探險的計劃。
門捷列夫工作也非常勤奮，研究科學終身不懈。他發表過的科學著作有500多種——其中包括篇幅達數千頁的巨著，他的藏書有1．6萬冊，卡片有1萬多張，身後遺稿多達431篇。1869—1871年寫成《化學原理》時，幾乎整整有兩個月未離開書房。到了晚年，門捷列夫常常生病，視力衰退到半盲，雙手顫抖不能寫字，但仍口授由秘書筆錄編寫自傳，整理自己的著作。即使年至七旬雙目失明，他仍堅持從清早就開始工作，一口氣寫到下午五點半，晚飯後又接著寫。
1907年年初，他的一個姐姐來看望這個麵色蒼白、頭發稀疏的小兄弟，難過地說：“你需要休息，你這一輩子工作得夠多了！”門捷列夫回答：“對於我來說，最好的休息就是工作！”
門捷列夫真的工作到最後一天。1907年1月20日清晨，人們在他的書桌前發現他已經與世長辭——桌上還放著一本沒有寫完的書，手中還握著筆……