Вообще Менделеев весьма противоречиво оценивал опасность простуды. То он старался оградить себя от любого сквозняка и свежего ветерка (от внучки, например, требовал, чтобы она на улице не открывала рта), то шел гулять в погоду, которую иначе как жуткой не назовешь. Младенцев вспоминает, как днем накануне наступления нового, 1906 года на Петербург обрушилась такая непогода, что палатские барометры просто посходили с ума. Ураган, сопровождавшийся невероятным снегопадом, набрал такую силу, что на воздух поднялась не только вывеска Главной палаты мер и весов, но тяжелые листы железа с крыши. Дмитрия Ивановича, который мог всего этого просто не заметить, специально предупредили: вам сегодня выходить нельзя. Но он все равно, несмотря ни на что, отправился в тот день на свою обычную прогулку.

Сначала казалось, что заработанная им простуда не опасна и дело обойдется обычным средством — валенками и камином, но через пару дней Менделеев почувствовал себя плохо. Доктор Покровский определил сухой плеврит и потребовал немедленно уложить больного в постель, однако оторвать Дмитрия Ивановича от работы удалось только через несколько часов. Он еще сидел за столом, когда его пришла навестить последняя оставшаяся в живых родная сестра Мария Ивановна Попова.

В понедельник, 15 декабря, поздно вечером приехал профессор Яновский, обнаруживший у больного крупозное воспаление легких. Менделеев уже не мог сам переворачиваться с боку на бок. Пригласили фельдшера, но тот не сумел ему угодить. У Михаилы получалось лучше. « Михайлушка, будешь ходить за мной?»— «Ну как же, Дмитрий Иванович, десять лет ухаживал, да не буду? Конечно, буду».

К пятнице, 19-го числа, Менделеев почти провалился в забытье, избавлявшее его от страданий. Он тяжело дышал, иногда бредил: «Ваня , собери приборы… Начерти — понимаешь…»Сиделка подсказала сыну, чтобы он отвечал утвердительно. Казалось, что отца это успокаивает. Приходя в себя, больной просил, чтобы ему читали вслух «Путешествие к Северному полюсу» Жюля Верна: « Что же вы не читаете, я слушаю». Часов в одиннадцать вечера он попросил Михаилу подать гребенку и сам причесался. Велел положить гребенку на столик, «а то потом не найдешь». Попросил Михаилу еще о чем-то, но слуга помедлил, боясь ему навредить. « Михайла, ты, кажется, собираешься меня не слушаться?» В час ночи выпил немного молока. « Больше пить не буду».

Около полуночи Менделеев отправил слуг и остался с сестрой милосердия — той самой эстонкой, которая сидела с его больной внучкой. Жена, по всей видимости, в последние дни у его постели не присутствовала — по крайней мере, никаких подробностей этого времени в ее воспоминаниях нет. «Дальше я не могу ничего связно припомнить, — пишет Анна Ивановна. — Пусть расскажет Н. Я. Капустина». Племянницы, Надежды Капустиной, тоже не было рядом — ей не сообщили о тяжелом состоянии Менделеева, что стало причиной ее горькой обиды. Позднее именно она, приехав после смерти дяди, внимательно опросила слуг и восстановила картину той ночи. В момент кончины не было рядом ни Любы, ни Ивана, ни Маши, ни Василия. Последний, вместе с Младенцевым и Блюмбахом, находился в среднеазиатской экспедиции, снаряженной Главной палатой для наблюдения за солнечным затмением, а попутно для ревизии мер и весов, применяемых в Туркестанском крае.

Когда Менделеев уходил, все в доме, включая сиделку, спали. Но он был не один. Вместе с братьями, накрытый кошмой, он мчался через морозную метель в гости к родне за шестьсот сибирских верст. Бросался с друзьями в гущу спелой княженики. В обнимку с Бородиным путешествовал по солнечной Италии — они тогда выдавали себя за странствующих налегке художников, поэтому не имели при себе никаких вещей, кроме крохотных саквояжей, а рубашки, чтобы не стирать, отдавали «на чай» официантам…

«Тревожно спал в эту ночь Петербург, — написала наутро одна из столичных газет, — умирал Менделеев». Пока тело готовили к погребению, вдова с детьми сидела в своей комнате. К ним неожиданно постучал профессор Бехтерев и спросил разрешения взять мозг Дмитрия Ивановича. В ответ семья разразилась истерикой. Владимир Иванович подождал, пока буря утихнет, и попросил хотя бы сделать фотографии. Ему разрешили. Он пошел и все-таки увез мозг Менделеева в свою лабораторию. Через год его коллега профессор Вейнберг сделает доклад о результатах исследования и, в частности, скажет: «Если бы вы вошли в комнату, где собраны мозги людей, выделявшихся своей умственной деятельностью, вам бросился бы в глаза мозг Менделеева, если можно так выразиться, красотой формы, интенсивностью извилин». Но, как известно, исследования мозга после смерти дают весьма ограниченные возможности для раскрытия его тайн. Живой мозг подчинен центральной нервной системе, которая по-разному реагирует на окружающую жизнь и потому по-разному дирижирует работой различных его участков. Сегодняшняя наука о мозге уверена лишь в том, что его деятельность надо изучать при жизни.

«Когда я приехала, — пишет Надежда Капустина, — Дмитрий Иванович лежал уже в зале, величавый и спокойный, со сложенными крестом руками». Помещение не могло вместить всех желавших проститься с покойным. Всё было завалено цветами. Постоянно звучали панихиды. Одну из них отслужил приехавший митрополит Антоний, другую пропели, как могли, дети, неожиданно пришедшие из какого-то сиротского приюта. Главная литургия было назначена в церкви Технологического института, расположенного напротив Главной палаты мер и весов. К этому времени всё пространство между Палатой и институтом оказалось запружено народом. Церковь оказалась буквально в осаде. К дубовому гробу Менделеева получили возможность приблизиться только министры и профессора.

Между тем толпа на улице прибывала. Пришли почти в полном составе студенты физико-математического факультета университета, на котором в связи с кончиной Дмитрия Ивановича были отменены занятия. Пришли студенты всех петербургских институтов, включая Политехникум и Высшие женские курсы. Было очень много гимназистов старших классов. Многие стояли с венками, что само по себе было поводом для вмешательства полиции, поскольку со времен похорон Тургенева и Некрасова ношение венков было запрещено. Приставы пригнали специальные дроги, чтобы их сложить, но молодежь расставалась со своими венками неохотно. После того как дроги были доверху заполнены, количество венков на руках людей, казалось, не уменьшилось. После литургии гроб с телом Менделеева несли на руках до самой могилы. Гроб качался посреди несметной массы народа — когда голова процессии достигла Гороховой, хвост ее был еще у стен Технологического института. По распоряжению городского головы, ученика Менделеева Н. А. Резцова, были не только зажжены оба ряда газовых фонарей, но каждый столб был обвит траурными лентами. Трамваи по пути следования похорон были остановлены. Вся процессия, несмотря на ее протяженность, была взята студентами в живую цепь. Во главе шествия студенты университета и Военно-медицинской академии несли на большом щите периодическую таблицу химических элементов. За ними шли офицеры Михайловской артиллерийской академии с большим серебряным венком.

Могила на фамильном участке Волкова кладбища, устланная ветками можжевельника, еще год не могла дать менделеевскому праху полного упокоения. Его продолжали тревожить, пока на этом месте не возвели склеп. Когда гроб мешал рабочим, они выносили его в кладбищенскую церковь. Наконец, невысокий цементный склеп, окруженный гранитными тумбами с цепями, был воздвигнут. На могиле установили гранитную глыбу с крестом, вырубленным из верхней ее части. Рабочие, подрядившиеся выполнить работу к годовщине смерти ученого, из-за морозов не успели высечь на граните ни дат рождения и смерти, ни изречения из трудов покойного. Только «Дмитрий Иванович Менделеев». Так и решено было оставить.