Кабинет размещен в той комнате квартиры Д. И. Менделеева, в которой он располагался при жизни ученого. Дмитрий Иванович Менделеев переехал из университетской квартиры в 1890 году, и сведений об обстановке его кабинета периода
Особую ценность представляет личная библиотека Д. И. Менделеева, собранная им на протяжении всей научной деятельности и отражающая разнообразие его научных, общественно-политических и эстетических интересов. От других книжных собраний библиотеку отличает ряд особенностей, прежде всего, строго продуманная система расстановки и хранения книг, оттисков, статей, газетных вырезок, изобразительных материалов. Большинство томов составлено самим Д. И. Менделеевым и переплетено по его указанию в тома — «конволюты», на корешке переплета которых указана общая тематика статей тома, год издания, номер тома по каталогу и инициалы «Д. М.». Отличительной чертой библиотеки Д. И. Менделеева является наличие в ее томах рукописных материалов. Несколько томов содержат исключительно рукописи, которые представляют собой как выписки из литературы по определенной теме, так и собственные заметки ученого. Многие книги и статьи были получены Д. И. Менделеевым в дар и снабжены дарственными надписями крупнейших русских и иностранных ученых.
Первый вариант таблицы Периодической системы, как показывают исследования архивных материалов, относится к февралю 1869 года. Известны три рукописи с основными вариантами таблицы, датированные 17 февраля 1869 года. Очень важным документом является черновой вариант полной Периодической системы с пометками, говорящими о том, что эта рукопись служила непосредственно для набора в типографии хорошо известного листка, разосланного многим русским и иностранным химикам 1 марта (по новому стилю) 1869 года.

Документы архива и библиотеки, воспоминания современников свидетельствуют о любви великого ученого к литературе и искусству. Д. И. Менделеев был действительным членом Академии художеств, членом Совета академии, постоянным посетителем художественных выставок, близким другом многих известных художников. Он принимал участие в устройстве некоторых выставок Товарищества передвижников, в организации дискуссий об искусстве и художественно-литературных вечеров. В
21 декабря 1911 года состоялось открытие и освящение кабинета Д. И. Менделеева (первое название музея). Кабинет скорее был хранилищем разнообразных менделеевских документов и предметов, чем музеем в полном смысле слова. В 1934 году, в связи с подготовкой к
Великая Отечественная война лишь ненадолго прервала работу музея. Сразу же по возвращении из эвакуации младшая дочь ученого — Мария Дмитриевна Менделеева-Кузьмина приступила к систематизации и описанию архива и библиотеки. Новый этап в изучении наследия ученого начался с принятием 22 июля 1952 года Постановления Совета Министров СССР за подписью И. В. Сталина о сосредоточении всех материалов, связанных с жизнью и деятельностью ученого, в Музее-архиве Д. И. Менделеева. Кроме того, в начале
Фонды музея-архива включают личные вещи Д. И. Менделеева, мемориальную мебель из квартиры ученого, портреты Д. И. Менделеева кисти И. Н. Крамского, Н. А. Ярошенко, А. И. Менделеевой (Поповой), портреты матери и отца Д. И. Менделеева, портреты родных и друзей семьи Менделеевых и др.

Значительной частью музейной коллекции является научный архив Д. И. Менделеева — рукописи, письма, рабочие наброски, дневники, записные книжки ученого. В настоящее время это наиболее крупное собрание документов, относящихся к его жизни и деятельности.
Примечательной является также художественная коллекция, собранная Д. И. Менделеевым. Коллекционирование репродукций и картин было любимым занятием ученого. Все было тщательно систематизировано, к каждой репродукции сделана аннотация. К архиву также относятся обширный фонд фотодокументов и собрание почетных дипломов Д. И. Менделеева, собранных им в специальные альбомы.
Особое место занимает собрание сочинений Д. И. Менделеева, составленное самим автором, куда включены и некоторые его рукописи, портреты и чертежи.
Особой частью музейной коллекции являются научные приборы ученого, большинство из которых создано по его оригинальной конструкции. В течение всей своей научной деятельности Д. И. Менделеев уделял огромное внимание проблеме точных измерений. В 1892 году он принял предложение министра финансов С. Ю. Витте возглавить «Депо образцовых мер и весов» в Петербурге. Уже в 1893 году по инициативе ученого это учреждение преобразуется в «Главную палату мер и весов» (ГПМВ) с обширными задачами, включающими создание русской системы эталонов, организацию метрологической службы в стране и проведение научных исследований в области метрологии. Большой интерес представляет изобретенный Д. И. Менделеевым дифференциальный барометр, служащий для измерения разности давлений. Этот прибор, в отличие от обычных использовавшихся тогда громоздких установок, был очень небольшого размера и мог употребляться как в лабораторных исследованиях, так и в полевых условиях.

Ежегодно музей посещают около 5 тысяч человек — среди них были известные политики (Председатель КНР Си Цзиньпин, Президент Франции Жак Ширак, Г. А. Явлинский, Г. Н. Селезнев), ученые (лауреаты Нобелевских премий И. Пригожин, Л. Полинг, Г. Сиборг, академики П. Л. Капица, В. А. Фок, П. Д. Саркисов, В. И. Гольданский) и многие другие.
Музейные программы и экскурсии
Семейная экскурсия «Игры из детства великого ученого»
- Аудитория: дети 8–15 лет и их сопровождающие
- Продолжительность: от 60 минут до 100 минут, в зависимости от возраста экскурсантов и проявления ими заинтересованности по мере продвижения экскурсии
- Форма проведения: экскурсия-беседа на экспозиции
- Стоимость: 1500 рублей (групповое посещение до 5 чел.)
- Купить билет на экскурсию
Экскурсия - беседа о воспитании в семье 150 лет назад. Знакомство с детскими и юношескими играми XIX века. Досуг в семье Менделеевых - фанты, жмурки, шахматы, лото, красочные костюмированные балы.
Урок в музее «Д. И. Менделеев и нефтяная промышленность»
- Аудитория: школьники 9–11 классов
- Продолжительность: 45 минут
- Возможные формы проведения: музейный урок на экспозиции, музейный урок на выезде (онлайн)
- Стоимость: 4000 рублей (групповое посещение до 15 чел.)
- Купить билет на программу
Музейное занятие познакомит с работами Д.И. Менделеева о происхождении нефтяных залежей, о технологии переработке нефти, экономических обоснованиях мест строительства нефтеперерабатывающих заводов в России второй половины XIX века. Его поездки по нефтяным делам в качестве промышленного эксперта.
Занятие является дополнением и развитием учебных общеобразовательных программ по химии и экономике.
Пешеходная прогулка-экскурсия «Санкт-Петербург второй половины XIX века в жизни Д. И. Менделеева»
- Аудитория: взрослые, семейные группы
- Продолжительность: 1,5 часа
- Стоимость: 4000 рублей (групповое посещение до 15 чел.)
- Купить билет на экскурсию
Экскурсия знакомит с достопримечательными местами центральной части Санкт-Петербурга, которые неразрывно связаны с биографией и научной деятельностью великого русского ученого Д. И. Менделеева. В ходе экскурсии вы узнаете о том, как появились знаменитые часы в арке Главного штаба, что связывало Д. И. Менделеева с Адмиралтейством, почему Менделеев не стал действительным членом Российской Академии Наук, услышите рассказ об истории создания Санкт-Петербургского университета, а также увидите Петербург таким, каким его мог видеть сам Менделеев во второй половине XIX века. Экскурсия завершится посещением квартиры Д. И. Менделеева в здании Двенадцати коллегий, где ученый прожил 24 года и совершил много замечательных открытий, в частности именно здесь была создана периодическая система элементов. В университетской квартире бережно сохранен кабинет известного химика, что дает возможность почувствовать атмосферу, в которой жил и работал Д. И. Менделеев.
Квест «Менделеев & Лотар Мейер»
- Аудитория: дети от 11 до 15 лет, оптимальное количество участников – 10
- Продолжительность: 60 минут
- Стоимость: 4000 рублей (групповое посещение до 15 чел.)
- Купить билет на программу
Легенда игры: Участникам необходимо помочь Менделееву первому создатьПериодическую систему элементов, выполнив все задания, а также вычислить ЮлиусаЛотараМе́йера (саботера - участник игры, который «замораживает» любых участников).
Квиз «Менделеев: что? где? когда?»
- Аудитория: учащиеся 11 классов (16-17 лет)
- Количество группы: 15 человек
- Форма работы: очная, интерактивная
- Стоимость: 4000 рублей (групповое посещение до 15 чел.)
- Купить билет на программу
Программа экскурсии направлена на ознакомление гостей с экспонатами музея и получение знаний о биографии Д. И. Менделеева во всех ее сферах: детство, юношество, обучение в институте, научная карьера, семья, достижения, трудности, с которыми столкнулся ученый, мифы вокруг его личности и многое другое.
Музейные программы, осуществляемые только по предварительной записи; на данные программы льготы не распространяются.