Летом 1855 года, окончив институт, Менделеев отправился в Симферополь, где ему было предоставлено место учителя. Это было время Крымской войны, и по дорогам юноша встречал обозы, шедшие к осажденному Севастополю. Симферополь находился вблизи от фронта, занятий здесь не было, и Менделеев вскоре переехал в Одессу. Здесь он подготовился к магистерскому экзамену и весной 1856 года вернулся в Петербург, где защитил диссертацию на тему «Об удельных объемах» и приступил к чтению лекций по теоретической химии в университете.
Два года спустя Менделеев получил заграничную командировку и поехал в Германию. Он поселился в небольшом городке Гейдельберге, знаменитом своим университетом. Менделеев начал работать в лаборатории Бунзена, известного химика, открывшего вместе с Кирхгофом спектральный анализ. Вскоре Дмитрий Иванович создал в Гейдельберге собственную лабораторию и приступил к напряженному исследовательскому труду. Лишь изредка он участвовал в экскурсиях в Швейцарию и Италию вместе со своими друзьями из русской молодежи, учившейся в Гейдельберге. Особенно тесно он подружился с будущим крупным химиком и знаменитым композитором А. П. Бородиным и с будущим великим физиологом И. М. Сеченовым. Группа передовой русской молодежи собиралась по вечерам у Т. П. Пасек — двоюродной сестры Герцена. В оживленных беседах юноши обсуждали содержание новых статей Герцена. Статьи Герцена и общение с демократически настроенными сверстниками позволили Менделееву уже в то время критически подойти к западноевропейской действительности. Менделеев вел в это время дневник, и записи в нем представляют первостепенный интерес для истории идейного развития молодого ученого. Менделеев приветствует национально-освободительное и революционное движение в Европе. Побывав в Италии и увидев, как эту страну в то время терзали реакционное духовенство, королевский двор Бурбонов и хозяйничавшие в ней австрийцы, Менделеев писал:
«Погодите немного, дайте итальянцам сбросить иго попов, мертвящих все живое, австрийцев, бурбонов, дайте немного выродиться тем грязным свойствам, какие породили это долгое совокупное влияние папской темноты и инквизиции и полицейских преследований, — и вы увидите, что единая Италия — она теперь не пуф, она не слова…»
Менделеев глубоко сочувствовал революционно-освободительному движению итальянского народа, которым руководил знаменитый итальянский революционер Гарибальди. Менделеев писал о Гарибальди:
