A contribuição pela qual Mendeleev é mais conhecido é sua versão da tabela periódica e as contribuições para o que é chamado de lei periódica. A tabela periódica que Mendeleev criou foi considerada primeiro porque foi feita disponível para o público primeiro. Essa mesma tabela evoluiu ao longo dos anos para incluir novos elementos e dados atualizados.
A lei periódica, que é creditada a Mendeleev e Lothar Meyer em 1869 enquanto trabalhavam separadamente, afirma que as propriedades se repetem quando organizadas de acordo com sua massa. Usando essas informações e as informações existentes de elementos já conhecidos, Mendeleev foi capaz de prever a existência de elementos que não haviam sido descobertos naquela época.